槽型舱壁结构强度与设计优化研究

论文摘要

船舶舱壁结构是船舶结构中重要的组成部分之一,大量事故表明,舱壁结构失效以及随后的破舱进水容易引发船舶事故,因而舱壁结构极限强度的计算分析对船舶结构安全性保障具有十分重要的意义。槽型舱壁由于加工成本的优势和抗弯能力的优秀而大量应用于船舶结构和海洋工程结构之中,在散货船和油船上的应用尤为常见,相对于平面加筋板舱壁而言有着不同的结构性质,探讨槽型舱壁结构的极限强度,并对限定条件的槽型舱壁进行设计优化尤为必要。本文在总结前人工作的基础之上,对槽型舱壁结构的极限强度进行了详细的计算与分析,主要工作如下：对现有槽型舱壁理论进行总结,对整个单槽型极限强度计算公式进行推导,并和Paik的公式计算、试验数据结果进行比较,从而判断出针对舱壁结构数值分析的约束条件、工况与研究内容。基于Abaqus有限元软件,对槽型舱壁的槽型角度因素、腐蚀因素、不等厚板因素、材料因素、约束条件因素等不同因素的差异引起的槽型舱壁极限强度变化进行数值计算与研究,根据结果得出有意义的结论。针对冷弯、焊接,冷弯与焊接相结合这三种不同的结构连接形式槽型舱壁结构,推导不同连接形式的性质,通过算例求解出最适宜的板厚。基于Ansys有限元软件的优化模块,分别对槽型舱壁结构限定用钢量和限定强度的条件下进行优化设计,使得强度因素和用钢量的因素达到相应的最优值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 研究历史
• 1.2.1 板强度研究
• 1.2.2 板屈曲研究
• 1.2.3 槽型舱壁的研究
• 1.3 本文的主要研究工作
• 第2章 槽型舱壁极限强度比较分析与单槽型公式推导
• 2.1 引言
• 2.2 不同载荷模式下的极限强度公式推导
• 2.2.1 单槽型极限强度已有公式比较
• 2.2.2 受横向和轴向双向压力
• 2.2.3 轴向压力和垂直于槽型板平面的三角形载荷
• 2.3 本文理论值与PAIK的试验和理论结果比较
• 2.4 本章小结
• 第3章 槽型舱壁的极限强度影响参数分析
• 3.1 引言
• 3.2 槽型角度对极限强度的影响
• 3.3 板厚对极限强度的影响
• 3.3.1 翼板腹板等厚度
• 3.3.2 翼板腹板不等厚度
• 3.4 材料性能与边界条件的影响
• 3.4.1 材料因素
• 3.4.2 边界因素
• 3.5 本章小结
• 第4章 槽型舱壁设计优化研究
• 4.1 引言
• 4.2 结构优化设计
• 4.2.1 结构优化设计方法
• 4.2.2 结构优化设计数学模型
• 4.2.3 规范中槽型舱壁计算分析要求
• 4.3 三种常见的舱壁连接性质推导与分析
• 4.3.1 冷弯槽型舱壁
• 4.3.2 组合槽型舱壁
• 4.3.3 半冷弯半组合型舱壁
• 4.4 求解槽型舱壁的最佳板厚算例
• 4.5 基于数值分析的优化设计
• 4.5.1 ANSYS优化模块计算优化过程
• 4.5.2 基于ANSYS的舱壁结构数值优化算例
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢