半潜船结构强度有限元直接计算方法研究

摘要

半潜船在海洋能源开发、大型设备的运载以及海上重吊救捞领域有着不可或缺的地位，是近年来高速发展的一种高附加值船舶。半潜船结构形式特殊，宽、吃水比相比常规船型较大，采用一般船舶的规范要求对其进行强度校核并不适用。此外，半潜船通常航行、工作于环境恶劣的海域，波浪对于船体强度的影响很巨大。目前，半潜船波浪载荷以及结构强度方面的研究文献较少，对其进行结构强度评估的方法尚未形成规范体系。因此，对半潜船进行基于波浪载荷直接计算的全船结构强度评估研究是有现实意义和应用价值的。
　　在作者对船体结构强度计算的理解和经验的基础上，参照规范中对其他船型的相关规定，对基于波浪载荷直接计算的半潜船全船结构计算方法进行分析讨论。介绍船体结构强度有限元直接计算的原理及一般流程，阐述船舶波浪载荷直接计算方法，提出一套适用于半潜船结构强度直接计算的方法和流程。
　　以某38000t半潜船为例，按照所提出的计算方法对其进行结构校核。依照设计图纸，使用通用有限元软件Msc.Patran对目标船进行全船有限元建模，考虑航行、下潜、上货三种状态计算并施加各种载荷。其中，波浪动压力采用DNV的波浪载荷计算软件Sesam对航行及下潜两种载况下目标船波浪载荷进行长期预报和短期预报并将其转换施加到结构有限元模型中。载荷施加及之后，对静平衡及动平衡进行调整，使船体梁载荷曲线闭合。利用全船结构直接计算所得应力结果，按照相关准则对主要构件的强度进行评估。
　　综合考虑规范对目标船的横向强度的要求，在全船计算的波浪载荷基础上，考虑船体梁弯矩，提出采用舱段模型进行半潜船记及总纵弯曲载荷影响的横向强度的计算分析方法。并参照相关规范中的应力衡准校核了目标船的横向强度。
　　艉楼法兰连接处的局部连接强度是目标半潜船所特有的强度问题，也是船东及设计单位关注的重点。因为全船计算中难以准地模拟此处局部构造及连接的受力状态及强度水平，故采取局部细化模型直接计算的方法对目标船的法兰连接处进行强度校核。
　　本文所介绍的工作可为今后的相关研究提供算例，得到的一些结论对同类型半潜船的设计开发具有一定的参考价值。

目录

声明

第1章 引言

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 课题研究意义

1.4 本文主要内容

第2章 半潜船船体结构强度计算方法

2.1 船舶结构强度分析方法概述

2.2 半潜船结构强度有限元直接计算方法

2.3 本章小结

第3章 船舶波浪载荷直接计算方法

3.1 水动力分析方法简介

3.2 水动力计算模型

3.3 海浪统计及波浪谱

3.4 设计波法

3.5 波浪预报流程

3.6 本章小结

第4章 38 000 t半潜船全船有限元计算分析

4.1 概述

4.2 参考船舶图纸及技术资料

4.3 半潜船有限元模型

4.4 计算工况

4.5 静载荷

4.6 动载荷

4.7 边界条件

4.8 计算结果及校核

4.9 本章小结

第5章 38 000 t半潜船舱段结构横向强度及艉楼底部连接法兰局部强度有限元计算分析

5.1 概述

5.2 舱段有限元分析

5.3 法兰连接处船体结构局部强度分析

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录