不同舱壁形式沥青船温度场和应力有限元分析

摘要

沥青船作为一种高附加值运输船舶，科技含量高，制造难度大。沥青船运载的液货温度通常在120℃～180℃之间，高温液货不仅大幅度增加双壳结构的温度梯度，给船体构件带来显著的附加温度应力，甚至使局部构件产生屈服，从而危及结构的安全，故而需要对沥青船进行热应力分析。 一般来说，在整体式沥青船货油舱内，只有舱壁结构与货物接触，又与船体其他构件相连接。因此，其温度梯度也最大，温度应力也最大。槽型舱壁是计及温度应力的沥青船结构分析的主要构件。槽型舱壁具有很好的释放温度应力的作用，但不同形式的舱壁受到的温度应力是否相同?槽型的改变对沥青船强度的影响有多大?会不会引起局部构件的屈服?这些是本论文主要研究的目的。 随着计算机软硬件技术的发展，使得将船体的局部结构甚至整艘船划分为有限单元进行分析成为可能，船体结构强度分析从此有了革命性的突破。根据各构件的实际受力状况分别以杆、板、壳和梁等单元来模拟，真实地表达出各个构件的受力状况。通过有限元软件分析求解，可以求出各个构件的实际变形与应力结果。这种方法是目前最为精确，最为完善的方法。有限元分析方法在船体结构计算中应用已相当广泛，但是在船体热分析方面应用较少。本文将在前人研究的基础上，利用有限元软件计算不同槽型舱壁形式的沥青船的温度场和温度应力，从而研究计及温度应力的情况下，槽型舱壁槽型的改变对船体强度的影响程度。 本论文首先对温度场和温度应力的基本理论，做了较深入和详细的阐述。如详细的介绍了温度场和温度应力的基本概念；温度场和温度应力的有限元解法；薄板弯曲的有限元计算。然后以一艘3500t级的沥青船为例，利用大型通用有限元分析软件MSC．Patran&MSC．Nastran建立了槽型舱壁的槽型方向不同、其它构件均相同的三个模型。对其进行温度场和温度应力计算，汇总计算结果，比较分析得出结论。取得了不同舱壁形式的沥青船温度场和温度应力的一般性结论，这对该类船体设计具有一定的参考价值。

目录

文摘

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声明

第1章绪论

1.1研究背景

1.2课题研究的目的和意义

1.3国内外研究现状

1.4本论文主要工作

第2章温度场及温度应力计算原理

2.1温度场和温度应力问题概述

2.1.1温度场的基本概念

2.1.2热传导微分方程

2.1.3稳态温度场的有限元计算方法

2.1.4温度应力有限元计算过程

2.2薄板的温度应力

2.2.1薄板热弯曲问题的内力和挠曲微分方程

2.2.2薄板热弯曲问题的有限单元法

第3章计及温度场的结构强度直接计算

3.1本例船船体结构概述

3.2船体结构有限元模型

3.2.1模型范围

3.2.2单元和网格

3.2.3材料参数

3.2.4船体模型单元属性

3.3温度场计算

3.3.1温度工况和边界条件

3.3.2温度场计算结果

3.4结构计算

3.4.1边界条件

3.4.2计算工况

3.4.3荷载施加

第4章不同舱壁形式沥青船主要计算结果

4.1强度标准

4.2应力结果及强度校核

第5章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间论文发表情况