冰载下极地船舶结构强度评估研究

摘要

随着北极海冰覆盖范围和厚度逐渐减小,北极海洋运输和潜在的石油、天然气等能源资源开采成为可能,周边各国对该区域石油和天然气等能源资源开发利用的兴趣,使得北极运输和区域发展已经成为一个热点问题。北极开发需要适于冰区航行的新大型运输船舶,而上述船舶相关设计经验非常缺乏,将给船东、设计者、操纵者和监督者带来新的挑战。航行于冰区的极地船舶在其强度评估阶段需要考虑设计冰载荷作用下船体结构的强度问题,在其营运阶段需要考虑实际冰载荷作用下船体结构的整体性和船舶安全性。本文主要针对以上两方面问题结合某北极油轮船中部结构展开研究,主要内容包括:
　　1.介绍了冰载荷计算的相关内容和研究现状,并且对基于能量平衡原理的冰载荷模型进行了详细的阐述;
　　2.确定了冰载荷作用下船体结构强度评估的完整过程,根据冰载荷模型计算设计冰载荷,采用极限强度概念对船体结构的舷侧外板(板材)和舷侧纵骨(小骨材)进行了强度评估,同时采用线性特征值屈曲分析方法评估了船体结构舷侧纵桁(大骨材)的屈曲强度;
　　3.分析了结构极限载荷的影响因素,通过研究极限载荷与载荷作用范围之间的关系,确定了快速进行结构强度评估的方法;
　　4.采用解析法求解结构在冰载荷下对应于极限承载能力的允许塑性变形,分析了解析法的不足之处;同时,基于不同极限载荷准则运用直接计算法计算了结构极限载荷,并进行完全卸载得到了对应的允许塑性变形,通过对比分析各极限载荷准则下的结果,推荐采用两倍弹性斜率准则来确定结构的允许塑性变形。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要工作

第二章设计冰载荷计算和直接计算法介绍

2.1船舶与冰相互作用工况介绍

2.2基于能量平衡原理的冰载荷模型

2.3直接计算分析方法

2.4小结

第三章冰载荷作用下船体结构的强度评估

3.1极限载荷准则

3.2研究工况

3.3结构模型

3.4小结

第四章极地船舶结构极限强度快速分析方法

4.1极限载荷影响因素

4.2快速碰撞下的研究工况

4.3浮冰尺寸对冰载荷的影响

4.4极限载荷分析结果及讨论

4.5小结

第五章极地船舶结构的允许塑性变形

5.1采用解析法求解单跨梁的允许塑性变形

5.2采用直接计算法求解结构的允许塑性变形

5.3小结

第六章总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表或录用的论文

致谢