40米钢制双体客船强度直接计算分析

摘要

双体客船作为一种新型的海上交通工具，在我国客运业上扮演着越来越重要的角色。一般的双体客船具有兴波阻力小，航速高，甲板面积大，稳性好等优点。但是对于双体船这种特殊的船型，在航行时，船体所遭受的载荷以及结构所承受的强度与单体船有很大区别，它不仅要受到和单体船类似的纵向弯曲力矩，同时在连接桥处还会受到巨大的横向弯曲力矩和扭矩。为了保证船体有足够的强度来抵抗各种外力的作用，对在各种工况下航行的双体船进行强度校核显得尤为必要。而且，若双体船采用钢制材料建造，则会导致船体重量的增加，这对于以增加载客量，提高经济效益为目的的客船而言，在设计阶段就必须考虑在保证船体强度的同时尽量减轻船体重量。因此，在钢制双体船结构设计中，如何采用恰当的方法对船体强度进行准确的计算分析，并根据分析结果对船体结构进行优化设计是一项十分重要的研究课题。 本文采用直接计算法对一艘40米长的钢制双体船船体结构进行有限元分析并对结构进行了优化设计，主要工作内容有: (1)船体结构规范计算。根据规范给出的公式，以舱段为单位计算双体船各个部位所受的波浪冲击压力及在此压力下所需的结构尺寸，并初步采用了以横纵隔板的形式对连接桥部位进行加强。 (2)整船的有限元分析。根据所计算出的结构尺寸建立全船有限元模型，选择常见工况，设置边界条件，计算并加载载荷，利用MSC.Patran/Nastran对全船结构进行有限元分析计算，分析构件所受应力大小及分布情况。通过计算结果可知，全船应力水平较小，虽在某些构件处产生应力集中，但是其应力最大值还远小于规范中规定的许用应力值，这表明船体构件尺寸偏大或者布置不合理，这就使得对结构进行优化具有一定的必要性。 (3)结构优化及分析。根据有限元分析的结果，对双体船的结构进行优化，使其在满足规范的要求下逐步调整构件尺寸及布置，从而达到减小船体重量的目的。将优化后的船体进行有限元分析，根据计算的结果可知强度满足规范要求，船体重量得到一定的减少，可以达到改善船体航行性能及增加营运效益的目的，同时也证明了优化的合理性。 本文所建立的分析方法、过程以及所获得的计算结果对相似双体船船体结构强度计算及优化设计具有一定的参考价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文的背景、目的及意义

1．2 国内外研究现状综述

1．2．1 关于船体强度直接计算所需载荷的研究现状

1．2．2 关于双体船强度计算分析的研究现状

1．3 主要研究内容

第2章 双体客船结构规范设计

2．1 双体船的分类及特点

2．2 结构规范设计方法分析

2．3 结构设计载荷计算

2．3．1 主尺度及主要参数

2．3．2 重心处的垂向加速度

2．3．3 船底波浪冲击压力

2．3．4 连接桥底的波浪冲击压力

2．3．5 舷侧计算压力

2．3．6 甲板计算压力

2．3．7 上层建筑和甲板室的计算压力

2．3．8 舱壁的计算压力

2．4 船体结构规范设计结果

2．4．1 构件尺寸最低要求

2．4．2 构件尺寸计算结果

2．5 本章小结

第3章 双体船结构强度有限元分析

3．1 有限元分析简介

3．2 整船模型建立

3．2．1 系统坐标系及单位制的确定

3．2．2 模型建立的准则

3．2．3 模型建立的方法

3．2．4 模型的建立

3．3 载荷的计算和分布

3．3．1 总体载荷概述

3．3．2 垂向剪切大小和分布

3．3．3 总横弯矩大小及分布

3．3．4 总扭矩大小及分布

3．4 工况和边界条件

3．4．1 载荷组合工况

3．4．2 边界约束条件

3．5 强度校核标准

3．6 计算结果及分析

3．7 本章小结

第4章 结构优化设计及强度分析

4．1 船体结构优化设计概述

4．2 结构设计优化过程

4．3 结构优化结果

4．3．1 结构尺寸优化结果

4．3．2 构件布置的改善

4．3．3 优化后船体重量及重心

4．4 优化后有限元分析结果

4．5 计算结果分析

4．6 本章小结

第5章 总结和展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献

研究生期间发表的论文