抬船浮箱下水受力分析及研究

摘要

船舶下水是船舶建造完工之后,从船台移动至到水域的工艺过程,也是船舶建造过程中重要的环节。随着世界海运的发展,船舶建造的吨位越来越大,船舶下水过程中船底和船台结构受损的事故在国内外时有发生,其下水过程中的安全性越来越受到业界的关注。现有的船舶下水方式有,倾斜船台重力纵向下水、船坞下水、浮船坞下水、重力式横向下水、气囊下水和抬船浮箱下水等,其中抬船浮箱下水是一种新的下水工艺,它有着更好的安全性与保密性。目前倾斜船台重力纵向下水是造船厂比较常用的下水方式,设计部门对其下水过程中的受力分析研究相对成熟。而抬船浮箱下水是一种新型下水方式,人们对其受力研究相对滞后。
　　本文根据抬船浮箱下水的特点,在对其下水过程中的两个重要环节进行了分析,提出船台载船系统和抬船浮箱处于载船状态时各自的简化二维弹性接触耦合梁力学模型。第一个力学模型着重预报载船系统处于载船状态时受力和变形,以及载船系统的强度;第二个力学模型着重预报抬船浮箱处于载船状态时的浮箱总强度和墩木反力的大小和分布,同时还可预报船体的总强度。文中根据上述提出的两种计算模型,采用静态非线性有限元法对江南-长兴造船基地3号线76000吨散装货船采用抬船浮箱下水过程中的两个重要环节进行计算分析。江南-长兴造船基地设计部门采用本文提交的计算结果和优化方案用于该船的下水过程。实船安全下水表明:本文提出的简化二维弹性接触耦合梁力学模型是可行的,计算结果有一定准确性和工程应用价值。另外,本文根据船台载船系统处于载船状态时的简化二维弹性接触耦合梁力学模型,用虚功原理建立该体系的变形能V和力函数U,利用位能驻值原理推导出求解该体系中船体梁和短纵梁挠曲线y1、y2参数的矩阵方程组。根据结构力学理论,由y1、y2可预报二维弹性耦合体系的内力。本文根据上述原理编写了二维弹性耦合体系分析的软件,并对算例进行了计算。计算结果表明:此方法能快速、方便求解该体系在载船状态下的变形和受力,能为船台载船系统优化布置提供技术支撑。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 船舶下水方式简介

1.2.1 重力式下水

1.2.2 漂浮式下水

1.2.3 气囊式下水

1.3 传统的静力学下水计算方法及其局限性

1.4 船舶下水计算方法及目前研究进展

1.5 本文的研究内容和目的

1.6 本文的创新点

第二章 有限元基本原理和程序介绍

2.1 有限单元法

2.1.1 有限单元法的发展与基本思想

2.1.2 弹性力学基本方程（矩阵形式）

2.1.3 弹性力学问题有限单元法的一般格式

2.1.4 弹性力学问题有限单元法的收敛性

2.1.5 有限元法中应用中的若干实际问题的考虑

2.2 有限元程序

2.2.1 一般有限元程序

2.2.2 程序结构模块化

2.2.3 动态数组技术

2.3 MSC/NASTRAN 和MSC/PATRAN 的简介说明

2.3.1 MSC/NASTRAN 和MSC/PATRAN 的简介说明

2.3.2 MSC/NASTRAN 主要特点

2.3.3 MSC.NASTRAN 的分析功能

2.3.4 MSC/PATRAN 主要特点

第三章 抬船浮箱下水的力学计算模型及有限元分析

3.1 引言

3.2 载船系统介绍

3.3 力学计算模型的简化处理

3.3.1 水平船台载船阶段计算模型

3.3.2 静水中抬船浮箱载船状态计算模型

3.4 76000 吨散货船抬船浮箱下水有限元分析

3.4.1 船台载船系统运载76000 吨散货船时的受力分析

3.4.2 静水中抬船浮箱装载76000 吨散货船时的总强度分析

3.5 本章总结

第四章 能量法原理

4.1 应变能与余能

4.1.1 外力功与应变能

4.1.2 余功和余能

4.1.3 线性体系

4.2 杆件的应变能计算

4.3 虚功原理

4.4 虚位移原理的应用

4.5 位能驻值原理的近似解法

4.6 虚力原理的应用

4.7 本章小结

第五章 用能量法分析载船系统在运载状态下受力

5.1 引言

5.2 能量法应用

5.2.1 虚位移原理和位能驻值原理

5.2.2 体系模型简化

5.2.3 基本假定

5.2.4 计算公式推导

5.3 例题计算与分析

5.3.1 例题计算

5.3.2 计算结果比较分析

5.4 小结

第六章 总结与建议

6.1 总结

6.2 建议

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