基于强度分析的鹏龙轮风帆布置研究

发布时间：2017-10-11 14:26

  本文关键词：基于强度分析的鹏龙轮风帆布置研究

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【摘要】：近年来,随着世界性的能源短缺和环境污染,如何解决节能减排的难题亦成为了航运业的当务之急。风力推进以其无污染、节油量高等优点再次回到了人们的视线之中。船舶通过风帆利用风能辅助推进称之为风帆助航技术,而安全问题是风帆助航技术实用化不可忽视的一个方面,因此对风帆助航船舶进行强度分析并以此设计优化风帆的布置对于风帆助航技术实用化以及风帆助航船舶的设计具有重要意义。本文以一艘近海50000DWT散货船“鹏龙”轮为目标船,主要研究内容有：针对目标船选取合适的风帆,通过风洞试验获得风帆的法向力系数,分析并计算风帆对船体的载荷,初步提出单帆、双帆两种风帆布置方案；利用MSC.Patran/Nastran有限元软件,选取目标船安装风帆区域的部分舱段内的主要构件建立三维有限元模型；按照中国船级社《国内航行海船建造规范》(2014)的要求选定计算工况、确定边界条件,计算并施加载荷(在风帆载荷计算中,考虑了余量问题),对船体结构进行了有限元直接计算,并根据《规范》进行了强度校核；在强度分析的基础上,对风帆布置方案进行优化,并确定最终的“鹏龙轮”风帆布置方案。通过强度校核,单帆、双帆两种布置方案下的船体强度均符合规范要求,风帆对船体结构强度的主要影响区域为甲板。其中,单帆布置方案的应力余量达到7%以上,而双帆布置方案的应力余量为8%以上,双帆布置方案较为安全。针对强度分析结果,通过加大风帆距船体纵中轴线距离的方式对双帆布置方案进行了相应优化,优化后最为危险的甲板处的应力余量达到了19%以上,风帆布置方案趋于完善,对于鹏龙轮实际的风帆安装起到了指导作用。
【关键词】：风帆助航 风帆布置 强度校核 有限元法 直接计算 优化
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U664.31
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-20
• 1.2.1 风帆助航技术实用化研究现状12-16
• 1.2.2 船体强度分析研究现状16-20
• 1.3 课题研究目的及意义20-21
• 1.4 论文主要工作21-22
• 第2章 风帆设计方案22-33
• 2.1 风帆的应用要求22
• 2.2 几种风帆形式的对比22-26
• 2.2.1 翼型帆22-23
• 2.2.2 动力帆23-25
• 2.2.3 天帆25-26
• 2.2.4 帆型的选择26
• 2.3 可收放式风翼设计方案26-32
• 2.3.1 主尺度设计27-29
• 2.3.2 翼型的选择29-30
• 2.3.3 组合与收放方式30-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 风帆力学模型及布置方案33-47
• 3.1 风帆空气动力学特性研究33-37
• 3.1.1 风洞试验33-36
• 3.1.2 风帆空气动力学特性分析36-37
• 3.2 风帆力学模型37-45
• 3.2.1 风帆力学模型简化37-39
• 3.2.2 最大弯矩载荷计算39-45
• 3.3 风帆布置方案45-46
• 3.3.1 单帆布置方案45-46
• 3.3.2 双帆布置方案46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 风帆船舶有限元模型建立47-58
• 4.1 MSC.Patran/Nastran简介47-49
• 4.2 船体强度及校核要求49-52
• 4.2.1 船体强度49-51
• 4.2.2 散货船直接计算要求51-52
• 4.3 实船资料52-54
• 4.3.1 目标船主尺度及主要参数52-53
• 4.3.2 目标船结构形式53-54
• 4.4 帆船舶实体建模54-57
• 4.4.1 建模区域选择54-55
• 4.4.2 几何模型的建立55
• 4.4.3 网格划分与材料参数赋值55-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第5章 风帆船舶结构强度有限元分析58-84
• 5.1 计算工况与边界条件58-59
• 5.2 载荷的计算与施加59-72
• 5.2.1 货物压力59-66
• 5.2.2 舷外水压力66-69
• 5.2.3 端面弯矩69-71
• 5.2.4 风帆载荷71-72
• 5.3 主要应力结果及屈服强度评估72-81
• 5.3.1 应力计算结果73-74
• 5.3.2 主要构件应力校核74-81
• 5.4 风帆布置方案优化81-84
• 5.4.1 校核结果分析81-82
• 5.4.2 风帆布置优化82-84
• 第6章 总结与展望84-86
• 6.1 总结84-85
• 6.2 展望85-86
• 参考文献86-89
• 致谢89-90
• 作者简介90

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 杜秉洲;;浅谈船舶废气排放的控制[A];2010年船舶防污染学术年会论文集[C];2010年

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本文编号：1013025