基于共同规范的大型油船槽形舱壁结构形式研究

论文摘要

石油是目前的主要能源,油船由于运量大、航线固定、装卸效率高、经济效益好等因素成为主要运输船舶,且逐步朝着大型化、超大型化发展。油船货油舱涂层性能标准草案的提交意味着对涂装工作提出了更高的要求,且双壳油船结构共同规范的出台也将引起空船结构重量的相对加重及相应建造成本的增加,基于共同规范,在大型油船上采用槽形舱壁结构并对其结构形式进行研究分析及优化,对减少涂装面积、便于清舱洗舱、合理控制货舱舱容、提高力学性能等是至关重要的,具有重要的现实意义和实船设计应用价值。本文以中国船舶工业集团公司第708研究所课题项目为背景,对大型油船槽形舱壁结构形式进行了分析研究,设计了多种顶凳结构形式的槽形舱壁;在双壳油船结构共同规范的基础上,通过有限元分析技术,进行直接强度分析,并在此基础上,考虑船舶的结构性能,以及经济性和工艺性等因素,进行了模糊综合评判,优选出综合性能最好的槽形舱壁结构形式。进而根据工程实际,对横舱壁单面斜壁顶凳斜壁的倾斜角度进行了优化研究。具体研究工作如下:(1)讨论了在相同结构强度的条件下,油船货舱段舱壁分别设计成平板舱壁和槽形舱壁后对涂装工作的影响,同时分析了近20年世界经典船型中油船的舱壁结构形式,阐述了槽形舱壁在大型油船上的应用前景及槽形舱壁结构形式设计优化的国内、外研究现状。(2)在对油船共同规范、结构设计和强度评估方法研究的基础上,以巴拿马型76 000DWT成品油/原油船舱壁结构为研究对象,从规范设计的角度入手,提出了单面斜壁顶凳、双面直壁顶凳、双面直壁较矮顶凳和横舱壁无顶凳等四种顶凳结构形式的槽形舱壁,并对双面直壁顶凳和横舱壁无顶凳两种结构形式下的槽形尺寸进行优化调整,确定包含上述四种结构形式的六个方案下舱壁结构主要构件的尺寸。(3)结合有限元分析技术,建立三舱段有限元模型并加载计算,对上述六个方案中舱壁结构的主要构件,即包含纵、横舱壁结构在内的槽形舱壁板和壁凳结构,进行强度评估和屈曲强度分析。在满足规范要求的前提下,考虑到最大货舱舱容、最轻空船重量、最优应力分布、最佳工艺性等因素进行了模糊综合评判,对所设计的各种结构形式进行了综合性能比较。(4)根据模糊综合评判结果,对横舱壁单面斜壁顶凳的倾斜角度进行优化。保持顶凳高度不变,通过改变倾斜角度来研究其对舱壁结构的影响,并结合实际的设计与建造情况,寻求该结构形式的相对最优倾角范围,使舱壁结构既有较好的力学性能,又能满足实际工程的需求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的背景和意义
• 1.2 国内、外研究现状
• 1.2.1 槽形舱壁主要结构形式
• 1.2.2 槽形舱壁结构研究现状
• 1.2.3 油船共同结构规范对舱壁结构设计的影响
• 1.3 论文主要研究内容
• 1.4 创新点
• 第2章 槽形舱壁结构形式研究及强度评估
• 2.1 引言
• 2.2 货油舱槽形舱壁结构的尺度要求
• 2.2.1 货舱区槽形舱壁的尺度要求
• 2.2.2 垂直槽形舱壁的尺度要求
• 2.3 结构建模
• 2.4 装载工况
• 2.5 船体梁剪力和弯矩的调整
• 2.6 边界条件
• 2.7 评估标准
• 2.7.1 强度评估标准
• 2.7.2 屈曲强度评估标准
• 2.8 本章小结
• 第3章 大型油船槽形舱壁结构形式设计
• 3.1 引言
• 3.2 油船概况
• 3.3 槽形舱壁结构设计方法
• 3.3.1 舱壁构架形式的选择
• 3.3.2 槽形舱壁的设计
• 3.4 槽形舱壁结构设计方案
• 3.5 本章小结
• 第4章 槽形舱壁结构强度评估及模糊综合评判
• 4.1 引言
• 4.2 有限元模型
• 4.2.1 模型范围
• 4.2.2 坐标系及量纲
• 4.2.3 结构模型化
• 4.2.4 边界条件
• 4.3 强度评估
• 4.3.1 应力评估
• 4.3.2 屈曲强度评估
• 4.3.3 调整结构尺寸并校核
• 4.4 模糊综合评判
• 4.4.1 模糊综合评判方法
• 4.4.2 舱容和空船重量
• 4.4.3 应力分布
• 4.4.4 工艺性
• 4.4.5 模糊综合评判计算
• 4.5 本章小结
• 第5章 槽形舱壁顶凳局部结构优化
• 5.1 引言
• 5.2 顶凳参数优化模型
• 5.2.1 结构模型
• 5.2.2 边界条件
• 5.2.3 载荷施加
• 5.3 参数优化计算
• 5.3.1 初步优化
• 5.3.2 优化分析及总结
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 详细摘要