20000吨级散货船船体结构有限元分析方法研究

摘要

IACS理事会已决定于2006年4月1日，在全球范围同步实施散货船共同结构规范。目前对于船长大于150m的散货船的结构设计，必须按照规范要求进行直接强度分析，所以研究规范中的相应内容有着重要的意义。本文研究了散货船共同结构规范中对船体结构直接强度分析的要求，并加以阐述。在此基础上，以一艘2万吨级散货船为例，按照规范要求进行船体结构直接强度分析与设计。其中包括的主要工作有：
　　 ⑴收集资料，了解散货船共同结构规范出台的背景及意义，国内外对船体强度研究的现状；
　　 ⑵学习有限元法的思想、一般原理并能熟练运用有限元软件ABAQUS；
　　 ⑶学习散货船共同结构规范中关于直接强度分析的相关内容，并加以阐述；
　　 ⑷以一艘实船，满载均匀加载、F2载荷工况为例，进行结构直接强度分析与设计。通过分析发现：本船在此工况下，满足了散货船共同结构规范的要求；其甲板角隅处应力明显偏大，存在应力集中现象；内底板的屈曲因子富余最多，舱壁附近的甲板富余最少；细化网格模型能够更加精确的模拟结构构造的细节，能避免单元形状的变化导致分析中出现较大的误差，能正确的反应应力和变形的梯度。
　　 本文工作中的重点是：正确的理解有限元的思想和原理，熟练使用本文使用的有限元软件ABAQUS；深刻理解散货船共同规范中直接强度分析的相关内容；在ABAQUS中建立合理的直接强度分析模型；根据实船资料，正确计算所涉及的载荷；对求解结果进行正确的评估。只有保证各项工作的正确，才能保证分析结论的合理。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1引言

1.2散货船共同结构规范出台的背景及意义

1.3国内外研究现状

1.4本文的主要工作

第2章 有限元法的简介及理论基础

2.1有限元法的发展概况

2.2有限元法分类

2.2.1线弹性有限元法

2.2.2非线性有限元法

2.3有限元法的一般原理

2.3.1位移模式和形函数

2.3.2单元应变

2.3.3单元应力

2.3.4单元刚度矩阵

2.3.5整体刚度矩阵

2.3.6非线性有限元的数值表达式

2.4有限元分析过程

2.5有限元法的优缺点

2.5.1有限元法的优点

2.5.2有限元法的缺点

2.6有限元软件介绍

第3章 CSR中的模型、边界以及载荷

3.1船体结构有限元分析模型概述

3.2散货船共同结构规范的模型

3.2.1参照坐标系统

3.2.2结构模型范围

3.2.3建模要求

3.3边界条件

3.4载荷计算

3.4.1通则

3.4.2船舶运动和加速度

3.4.3船体梁载荷

3.4.4载荷工况

3.4.5外部压力

3.4.6内部压力

3.5 CSR中直接强度分析的基本流程

3.6实船资料

第4章 屈服强度及详细应力评估

4.1船体结构有限元模型

4.1.1模型建立

4.1.2网格(单元)类型

4.1.3边界条件

4.1.4计算工况及相应的载荷计算

4.1.5屈服强度评估准则

4.1.6屈服强度评估结果

4.2详细应力评估

4.2.1细化区域

4.2.2细化方法

4.2.3详细应力评估的建模要求

4.2.4边界条件

4.2.5详细应力评估准则

4.2.6详细应力评估结果

4.3本章小结

第5章 屈曲强度评估

5.1适用范围

5.2载荷模型

5.2.1一般要求

5.2.2正应力σn

5.2.3剪应力

5.2.4侧向压力

5.3边界条件

5.4屈曲衡准

5.4.1 应力

5.4.2泊松效应

5.4.3基本板格的校核衡准

5.4.4安全因子

5.6实船屈曲评估

5.6.1计算工况的选取

5.6.2安全因子的确定

5.6.3边界条件的设定

5.6.4载荷的计算

5.6.5屈曲评估结果

5.7本章小结

第6章 疲劳强度评估

6.1引言

6.2适用范围

6.3目标构件

6.4疲劳强度计算

6.4.1热点应力

6.4.2等效热点应力范围

6.4.3等效切口应力范围

6.4.4疲劳损伤计算

6.4.5疲劳强度衡准

6.5疲劳计算的有限元模型

6.5.1建模要求

6.5.2载荷工况及载荷计算

6.5.3边界条件

6.6实船疲劳强度评估

6.7本章小结

第7章 结论与展望

参考文献

致谢

研究生履历