工程船舶参数化设计与结构分析

摘要

工程船舶的结构形式相对固定，它们一般没有较为复杂的线型，所以将参数化设计技术引入该种船舶的设计当中是可行的。工程船舶的结构设计从方案构思、图纸表达、性能分析到最终的方案确定是一个比较繁琐复杂的过程，传统的设计方法效率低，已经严重影响了船舶设计的进度。而参数化CAD是当今设计领域研究的热点，是解决上面问题的出路之一，故有很好的工程现实意义和应用前景。 在工程船舶的结构设计中，AutoCAD软件是一个具有强大图形绘制功能的软件，其中的许多功能为我们进行工程船舶结构设计提供了极大的便利。然而，由于不是专门为绘制船舶结构图而设计的，因此把它直接应用到工程船舶结构设计中还是有很大的不方便，剖面尺寸的微小改变都会引起相应结构的变化，而这些改变在图中则需一点一滴的进行改动，繁琐而且耗时，还容易出错。鉴于此为了更好的利用它进行船舶结构设计，并方便使用，必须在此基础上进行二次开发，来完成船舶结构图的参数化设计。 以往船舶结构构件的尺寸主要是根据验船部门以长期经验积累为基础编制的建造规范来确定。只要船舶的主尺度确定了，就可依据规范进行计算确定各构件的尺寸。一般也能保证结构的强度，但却不一定合理和经济。70年代后期，由于船舶尺度的大型化以及新船型的开发，世界各国的船级社都在寻找既先进科学又合理可靠的新的设计校核方法，于是出现了船舶结构强度直接计算法，各国船级社纷纷制定了有关的结构强度直接计算指南或指导手册。 应用有限元分析方法和软件，可以使用立体模型和船体结构强度直接计算方法计算船体结构的总强度和局部强度，并且计算的速度和计算的精度大大提高。通过这种设计阶段的仿真分析，设计者可以判断结构设计是否合理，从而避免重大安全事故的发生。 本文首先是在AutoCAD软件的平台上进行二次开发来实现船舶结构的参数化设计．作者详细研究了AutoCAD ActiveX技术和AutoCAD对象模型以及用VBA开发应用程序的常用步骤，并在AutoCAD2004平台上通过编写大量程序实现了某半潜驳结构参数化设计，实现对船舶结构的尺寸控制，完成图纸的自动绘制和输出。然后将程序自动生成的结构图导入ANSYS软件进行有限元分析，完成了对结构设计是否合理，结构强度是否满足规范要求的评估和校核。文中采用了两种分析方法，即框架模型以及舱段模型，并对两种模型进行了分析和比较。论文所进行的研究，有效的缩短了从方案构思、图纸表达、性能分析到最终的方案确定这一漫长过程，加快了工程船舶设计的进度，提高了设计效率和灵活性，并且对结构设计的合理性做出评估。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章前言

1.1背景

1.2论文研究的目的和意义

1.3国内外研究状况分析

1.3.1参数化设计的国内外研究现状

1.3.2参数化中存在的问题

1.3.3有限元分析的国内外研究现状

1.4本文的主要内容

第2章工程船舶简介

2.1工程船舶的概念

2.2工程船舶的分类和特点

2.3工程船舶的市场需求和发展趋势

第3章参数化设计及其实现

3.1参数化设计技术原理

3.1.1参数化设计的概念

3.1.2实现参数化设计的条件

3.1.3影响参数化设计的关健问题及设计关系

3.1.4产品设计约束分析

3.2参数化设计的实现(暨AutoCAD二次开发相关技术介绍)

3.2.1二次开发工具介绍及比较

3.2.2 AutoCAD ActiveX技术介绍

3.2.3 AutoCAD对象模型介绍

3.3用VBA开发应用程序的常用步骤

3.4一个简单的VBA程序实例

第4章某半潜驳结构参数化设计

4.1半潜驳横剖面结构图自动绘制及其代码的实现

4.1.1创建基本图形对象的方法

4.1.2剖面结构特征以及约束分析

4.1.3创建工程船舶结构图设计窗体

4.1.4为窗体和各个命令按钮添加代码

4.1.5程序的调试和运行

4.2绘制船舶横舱壁剖面以及普通肋骨剖面

4.3绘制船舶甲板结构图

4.4绘制船舶舱段三维线框模型图

4.5添加用户菜单

4.6本章小结

第5章有限元法及其在船体结构有限元分析

5.1有限元法概述

5.2有限元法的基本步骤

5.3有限元法在船体结构分析中的应用

5.4船体结构有限元建模分析

5.4.1引言

5.4.2模型范围

5.4.3模型单元与网格

5.4.4边界条件

5.5本章小结

第6章半潜驳结构分析实例

6.1局部强度计算的力学模型及模型的导入

6.2实船资料

6.2.1半潜驳横强度计算依据

6.2.2半潜驳横强度计算工况

6.2.3半潜驳横强度计算模型

6.2.4半潜驳横强度计算结果分析

6.2.5半潜驳横强度校核

6.3半潜驳舱段结构建模分析

6.3.1舱段结构计算工况

6.3.2舱段结构计算模型

6.3.3舱段结构计算结果分析

6.3.4舱段结构强度校核

6.3.5结论

第7章总结和展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

附录