非钢质滑行艇的结构设计与分析

论文摘要

玻璃钢材料具有重量轻、耐腐蚀、绝缘性、无磁性,高强度,维修方便等特点,在中小船舶的建造中得到了广泛的应用,特别是在滑行艇的建造中已经占据了主导地位。玻璃钢材料由树脂基体和玻璃纤维制品两种材料所构成的,作为一种复合材料,其物理力学性能具有各向异性的特点。本文首先研究了各种树脂基体和玻璃纤维的性能,然后根据玻璃钢船舶设计要求,选择恰当的原材料,设计出了合适的玻璃钢材料,并对其力学性能进行了评估计算。船舶优化设计的目的是在满足强度要求和总布置要求的前提下,使船体重量最轻,舱容最大。基于此项原则,本文建立了目标函数,提取出了对该无人艇的各项约束条件,并采取惩罚函数法,对约束条件进行无约束化。最后基于遗传算法,建立了数学模型,编写了Matlab遗传算法程序,对滑行艇机舱部分进行了优化设计。与钢质船体相比,玻璃钢船体除了材料不同以外,艇体构件的连接方式也有很大的不同。钢质船的连接方式一般是焊接,而玻璃钢的连接方式有多种。从保证艇体的强度出发,本文分析研究了各种连接方式,最终确定了各构件的连接方式。本文最后运用MSC Patran/Nastran有限元软件对机舱结构在两种工况下的强度进行了校核分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究背景
• 1.2.1 国外发展状况
• 1.2.2 国内发展状况
• 1.3 船舶优化设计算法
• 1.3.1 遗传算法的特点
• 1.3.2 遗传算法发展和现状
• 1.4 论文研究内容
• 第2章 滑行艇玻璃钢材料的设计与分析
• 2.1 玻璃钢的特点
• 2.2 玻璃钢的原材料选择
• 2.2.1 玻璃纤维的选择
• 2.2.2 合成树脂的选择
• 2.3 艇用玻璃钢的选择
• 2.3.1 玻璃纤维填料的形式
• 2.3.2 玻璃钢的分类及特点
• 2.3.3 滑行艇用玻璃钢种类
• 2.4 玻璃钢的物理力学性能
• 2.4.1 理论基础
• 2.4.2 船体外板的力学性能
• 2.4.3 玻璃钢骨材的力学性能
• 2.5 本章小结
• 第3章 机舱结构优化设计
• 3.1 引言
• 3.2 已知条件
• 3.3 设计变量
• 3.3.1 骨材剖面形式
• 3.3.2 优化设计变量
• 3.4 约束条件
• 3.4.1 结构设计载荷
• 3.4.2 外板厚度约束
• 3.4.3 骨材剖面模数约束
• 3.4.4 骨材剖面参数计算
• 3.4.5 各项约束条件
• 3.5 目标函数
• 3.6 约束条件的处理
• 3.6.1 惩罚函数
• 3.6.2 目标函数无约束化
• 3.7 求解最优值
• 3.7.1 遗传算法的Matlab实现
• 3.7.2 最优值
• 3.8 基本结构图
• 3.9 横剖面图
• 3.10 本章小结
• 第4章 艇体构件连接方式
• 4.1 引言
• 4.2 连接的型式和方法
• 4.3 板的对接
• 4.4 板与骨材的连接
• 4.5 喷水推进器的螺钉连接
• 4.6 主机的螺栓连接
• 4.7 本章小结
• 第5章 机舱强度校核分析
• 5.1 机舱结构几何模型的建立
• 5.2 网格划分
• 5.3 物理特性
• 5.4 载荷及约束
• 5.5 工况与计算结果
• 5.5.1 匀速航行工况
• 5.5.2 起吊工况
• 5.6 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