超大型矿砂船首部结构强度评估与优化设计

摘要

随着矿砂船大型化的发展,结构设计者需要关注的问题也越来越多。相对于其他区域而言,超大型矿砂船的首部区域是发生屈服破坏、屈曲变形、疲劳裂纹等海损事故的重点区域。本论文的目的就是通过规范计算和直接强度计算研究超大型矿砂船首部区域的结构强度,并根据计算结果对其进行优化设计。为此,本文主要就以下几个方面进行了探讨:
　　 1.论述了计算底部砰击压力和外飘砰击压力的方法。将船体运动预报与经验公式相结合,进而在时域内预报砰击过程中砰击压力沿船体表面的三维空间-时间分布。
　　 2.基于规范设计,探讨了首部开孔平台及外板纵骨的数量和布置方式对首部结构重量的影响。在首部分别设置4层、5层、6层开孔平台,并且结合施工工艺的影响,定性地分析了设置不同层数平台的优缺点。在确定了平台布置方案之后,又计算了不同纵骨排列方式对首部区域结构重量和焊接工作量的影响。
　　 3.论述了基于DNV规范的直接强度计算评估方法。从模型的确立、载荷计算以及结构强度评估准则等方面进行了详细的说明。对于结构容易损坏的区域(如骨材穿越强框的节点),进行细网格的有限元分析。设计载荷分别取为规范设计砰击压力和直接预报得到的瞬态载荷。
　　 4.对基于谱分析的疲劳评估直接计算法进行研究。对于实船首部容易产生疲劳裂纹区域的骨材进行基于有限元法的疲劳谱分析。主要介绍了包括有限元模型的细化,谱分析所需的波浪载荷的计算,并采用Sesam/Stofat程序实现了自动加载、自动提交计算、自动处理结果等短时高效的疲劳评估方法。