江海直达运输船极限强度研究

摘要

江海直达船由于减少了中间环节，消除了货物损耗，提高了运输效率，降低了运输成本，得到了快速的发展。但由于其宽且扁的船型特点，导致此种船舶的强度问题比较突出，尤其是极限强度问题，成为目前船舶结构强度研究中的一个热点。对于一般船舶而言，我们一般预估在垂直弯矩作用下的极限承载能力，然而江海直达船由于长大开口的存在，极大程度上削弱了船舶的扭转刚度，所以研究江海直达船型在弯扭组合作用下的极限强度是非常必要的，从而能够总结归纳得到大开口船型弯扭组合极限强度的计算方法和计算要求，为新船型的开发和设计提供有力的保障和准确的指导。
　　 现今船舶结构极限强度分析主要是数值计算与试验两种方法。考虑构件屈曲、屈服以及屈曲后的非线性性能的影响，目前计算极限强度的数值计算方法主要有四种，即非线性有限元法、直接计算法、理想结构单元法、逐步破坏分析法。
　　 本文通过结构模型试验与非线性数值计算相结合，研究12400DWT江海直达船在弯矩和扭矩联合作用下的极限强度，施加的扭矩包括货物扭矩和波浪扭矩，其中波浪扭矩选用CCS规范中船中剖面处的最大扭矩计算公式来计算。
　　 本文首先在相似理论分析的基础上，设计了江海直达船的缩尺比模型，研究了船体模型在弯扭合成载荷下的极限强度试验;然后再运用非线性有限元软件Abaqus对江海直达模型船进行了弯扭极限强度试验仿真，将计算结果与试验结果进行对比分析，证明计算的有效性，并对影响数值计算结果的几种因素进行了讨论分析;最后通过改变开口宽度，研究了开口宽度对纯弯极限强度、纯扭极限强度以及弯扭组合极限强度产生的影响，并探讨分析了扭矩的存在对极限弯矩产生的影响，为江海直达船的结构设计和优化提供了合理的建议和数据支持。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 立题背景和意义

1．2 国内外研究概况及发展趋势

1．2．1 江海直达船的研究概况及发展趋势

1．2．2 船舶极限强度问题概述

1．2．3 极限强度试验国内外研究现状

1．3 极限强度研究方法概述

1．3．1 模型试验

1．3．2 直接计算法

1．3．3 理想结构单元法

1．3．4 逐步破坏法

1．3．5 非线性有限元法

1．3．6 极限强度研究方法对比

1．4 本文的主要内容和拟解决的关键问题

1．4．1 论文研究工作的关键问题

1．4．2 本论文的主要内容

第2章 非线性有限元法原理

2．1 概述

2．2 非线性有限元问题的分类

2．2．1 材料非线性问题

2．2．2 几何非线性问题

2．2．3 边界非线性问题

2．3 弧长法

第3章 江海直达船结构模型弯扭极限强度试验研究

3．1 模型试验的内容及意义

3．2 江海直达船结构模型的相似分析

3．2．1 相似理论基础

3．2．2 模型设计的相似分析

3．2．3 试验相似条件论证

3．3 江海直达船结构模型设计

3．3．1 模型范围的确定

3．3．2 相似比的确定

3．3．3 模型钢材的选取与骨材的处理

3．3．4 模型的结构设计

3．3．5 模型相似性检验

3．4 江海直达船模型试验方案

3．4．1 模型施加的扭矩计算

3．4．2 模型的边界条件及加载方式

3．4．3 模型测点布置方案

3．4．4 模型试验流程

3．5 模型试验结果分析

3．5．1 弹性范围内纯弯预加载阶段

3．5．2 弹性范围内纯扭预加载阶段

3．5．3 弯扭极限破坏加载阶段

3．6 本章小结

第4章 江海直达船弯扭极限强度计算与分析

4．1 引言

4．2 模型船极限强度计算

4．2．1 有限元模型简介

4．2．2 加载和边界

4．2．3 有限元模型分析结果

4．3 计算选取网格大小分析

4．3．1 计算模型的选取

4．3．2 网格大小的选取

4．3．3 计算结果分析

4．4 计算选取边界条件分析

4．4．1 计算模型的选取

4．4．2 边界条件的选取

4．4．3 计算结果分析

4．5 本章小结

第5章 舱口尺寸对大开口船极限强度的影响分析

5．1 引言

5．2 力学模型简介

5．3 初始有限元模型分析

5．3．1 有限元模型简介

5．3．2 边界及载荷

5．3．3 计算结果

5．4 变开口宽有限元模型计算

5．4．1 BH／B=0.7有限元模型计算

5．4．2 BH／B=0.8有限元模型计算

5．5 结果汇总与分析

5．6 本章小结

第6章 总结和展望

6．1 创新点

6．2 本文主要研究工作总结

6．3 进一步的研究工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目