船舶破舱后船体剩余强度研究与分析

摘要

在当前时代，随着经济全球化地迅猛发展，国际间经济联系愈加紧密。随着远洋船舶的大型化、船舶数量增多以及航速加快，航运业在全球经济往来中起到重要支撑作用越加突出。与之同时出现的是海上意外事故的增加，特别是船舶碰撞导致船体结构破损、货物损坏、人员伤亡，油品泄漏导致环境污染等严重后果。
　　一旦船舶发生碰撞破损或者搁浅后，一方面将导致船体结构的强度减弱;另一方面由于船体破损进水，导致船体的最终浮态和舷外水载荷发生变化。本文对船体强度的研究现状进行了研究，并对船舶极限强度的计算方法分类进行了对比分析。结合当下船舶碰撞事故多发的时代背景，有必要对破损船体剩余强度进行研究。
　　本文基于ANSYS有限元工程软件，按照《散货船共同结构规范》中的船舶有限元模型的建立要求，研究相关破损船体的强度与载荷的指标。通过有限元模拟船舶在几种典型的装载状态下，船舶破舱后各个主要构件的应力变化，达到对破损船体的剩余强度的研究与分析。模型船型将选取散货船为例，利用ANSYS建立非线性有限元舱段模型，模拟出散货船在特定的装载状态、舱段在不同的破口工况下，对所模拟舱段的关键节点、单元的应力与未破舱时的相应节点处的应力进行对比、分析与研究。按照压载、轻货满载、重货满载三种典型装载状态进行比较分析，结果表明重货满载和轻货满载由于装载货物密度的不同(密度比为3.0∶0.8)，重货满载状态下的货舱构件的应力会比轻货满载要大，其破口时应力更大，对船舶构件的影响更加危险;对比船舶在菱形破口、矩形破口、以及未破口情况下的各个主要构件的应力，结果显示船舶在同等破口面积下，具有尖角或者不规则形状的破口状态时，破口附近应力更为集中，对船体强度的损伤更大。根据分析的结果，希望能为散货船营运过程中遇到的问题能够起到一定的指导作用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景

1．2 选题的必要性和意义

1．3 船体强度研究现状

1．3．1 船体极限强度

1．3．2 破损船体剩余强度的研究状况

1．3．3 极限强度计算方法分类

1．4 本文研究方法与主要内容

第2章 有限元方法理论基础

2．1 概述

2．1．1 发展历程

2．2 有限元法的分类

2．2．1 线弹性有限元法

2．2．2 非线性有限元法

2．3 非线性有限元原理与分析方法

2．3．1 非线性基础原理

2．3．2 显式非线性与隐式非线性

2．4 本章小结

第3章 船体破损后浮态和载荷计算

3．1 概述

3．2 船舶破损后的浮态稳性

3．2．1 进水舱的分类

3．2．2 破舱后进水后浮态计算方法

3．3 载荷计算方法

3．4 本章小结

第4章 船体舱段模型建立

4．1 舱段模型要求

4．1．1 坐标系

4．1．2 单元类型

4．2 舱段材料特性设置

4．2．1 材料属性

4．2．2 构件类型

4．3 边界条件和强度标准

4．3．1 施加载荷

4．3．2 边界条件

4．3．3 强度标准

4．4 模型的建立

4．4．1 船模主要船舶参数

4．4．2 模型建立

4．5 计算工况选取

4．5．1 计算工况的选取

4．5．2 计算工况浮态与载荷计算

4．6 本章小结

第5章 破舱区域应力计算及结果分析

5．1 相同装载状态不同破口应力对比

5．1．1 压载状态应力对比

5．1．2 轻货均质装载状态应力对比

5．1．3 重货均质装载状态应力对比

5．1．4 相同装载状态不同破口分析小结

5．2 相同破口不同装载状态应力对比

5．2．1 未破口状态应力对比

5．2．2 矩形破口状态应力对比

5．2．3 菱形破口状态应力对比

5．3 破口舷侧纵向应力衰减分析

5．3．1 压载工况应力衰减

5．3．2 轻货均质装载状态应力衰减

5．3．3 重货均质装载状态应力衰减

5．3．4 破口舷侧衰减小结

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介