海上高速三体风电场维护船结构设计及强度研究

发布时间：2017-10-24 06:10

  本文关键词：海上高速三体风电场维护船结构设计及强度研究

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【摘要】：随着海上风电产业的迅猛发展,使得海上风电场维护船的需求也相应地加大。目前欧美一些海上风电比较发达的国家普遍采用小型船舶用于海上风电场的维护工作;而国内对海上风电场的维护工作主要租用拖船或者风电安装船。因此,设计并建造适合风电场维护工作的船舶成为国内风电维护亟需解决的问题。与单体船和双体船相比,三体船具有良好的稳性和耐波性、较高的航速和宽敞的甲板面积等优点,比较适合用于风电场维护工作。当三体船遭遇横浪或斜浪时,三体船将发生横向弯曲或扭转,连接桥要承受巨大的横向弯矩及扭矩。三体船横向强度及扭转强度是结构设计的关键,如何准确确定小型三体船连接桥所受到的的横向弯矩及扭矩,并且保证结构具有足够的强度是尤为重要。本论文以一艘海上高速三体风电维护船为研究对象,根据总布置进行结构设计。主船体按高速单体船设计,侧体借鉴参考高速双体船设计;参考单体实船资料和规范建议,根据主船体的骨架形式,拟定两种不同结构形式方案,即横骨架式和混合骨架式,设绘基本结构图和典型横剖面图等结构图。利用大型有限元软件MSC.Patran/Nastran建立全船有限元模型,对三体船所受到的纵向弯矩、横向弯矩以及扭矩载荷组合下的9种工况进行计算分析,得到全船应力应变云图。全船有限元分析结果表明,两种结构方案的应力水平相当,但横骨架式结构方案质量较轻。考虑到高速船对重量的要求,在骨架形式上建议选择横骨架式。对于应力水平较高的连接桥部位,对其结构进行适当的调整,再进行有限元计算,结果表明调整方案使连接桥部位的应力水平明显降低。本文还针对连接桥局部区域甲板板架进行了在砰击载荷下的瞬态动力响应计算分析,根据计算结果对应力较大的区域做结构调整,对比两种结构形式在砰击载荷下的动力响应,有限元计算结果表明调整后方案抵抗砰击的效果优于原方案。本论文所获得的一些结论,对小型高速三体风电场维护船的结构设计具有一定的参考价值,并对小型高速三体船的强度分析提供参考借鉴。
【关键词】：海上风电维护船 三体船 结构设计 有限元 连接桥 砰击响应
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U662
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 选题的意义和实用价值13-15
• 1.2 三体船的研究现状15-17
• 1.2.1 国内外三体船发展现状15-16
• 1.2.2 三体船结构设计现状16-17
• 1.3 结构强度研究现状17-19
• 1.3.1 结构强度计算方法的研究与发展17-18
• 1.3.2 二维水动力砰击研究18-19
• 1.4 本论文主要的工作19-21
• 第2章 船体结构设计和强度理论概述21-31
• 2.1 船体结构设计21-23
• 2.1.1 主要内容21
• 2.1.2 结构设计方法21-23
• 2.2 结构强度理论概述23-28
• 2.2.1 船体结构强度理论23-25
• 2.2.2 作用于三体船的外载荷25-28
• 2.3 有限元理论28-30
• 2.3.1 有限元分析的基本原理28-29
• 2.3.2 有限元法在船体结构计算中的应用29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 三体船结构设计31-39
• 3.1 三体船结构方案构思31-33
• 3.1.1 三体船结构特点31-33
• 3.1.2 三体船结构方案33
• 3.2 维护船结构设计33-38
• 3.2.1 总布置及主要要素33-35
• 3.2.2 典型结构图35-38
• 3.3 本章小结38-39
• 第4章 三体船结构强度有限元分析39-61
• 4.1 全船有限元模型39-42
• 4.1.1 坐标系39
• 4.1.2 材料参数39
• 4.1.3 有限元模型39-41
• 4.1.4 模型质量41-42
• 4.2 载荷的计算及载荷的施加42-46
• 4.2.1 总纵弯矩42-43
• 4.2.2 总纵弯矩施加43
• 4.2.3 总横弯曲43-44
• 4.2.4 总横弯矩施加44
• 4.2.5 扭转44-45
• 4.2.6 横向扭矩施加45-46
• 4.3 边界条件及工况组合46-47
• 4.3.1 工况组合46
• 4.3.2 边界条件46-47
• 4.4 三体船有限元强度计算47-55
• 4.4.1 许用应力计算47-48
• 4.4.2 有限元计算结果48-51
• 4.4.3 强度校核及分析51-55
• 4.5 连接桥结构方案调整及分析比较55-60
• 4.5.1 连接桥结构方案调整55-57
• 4.5.2 调整方案强度计算57-58
• 4.5.3 应力校核及分析58-60
• 4.6 本章小结60-61
• 第5章 三体船过渡甲板瞬态响应分析61-70
• 5.1 船舶砰击61
• 5.2 瞬态动力响应分析基本理论61-63
• 5.3 砰击载荷的确定63-65
• 5.4 计算模型65
• 5.5 计算结果对比分析65-69
• 5.5.1 节点位移响应比较66
• 5.5.2 VonMises应力比较66-69
• 5.6 本章小结69-70
• 结论70-72
• 参考文献72-75
• 附录75-96
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文96-97
• 致谢97-98
• 详细摘要98-102

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1 李培勇,裘泳铭,顾敏童,王文富;三体船阻力模型试验[J];中国造船;2002年04期

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3 卢晓平,郦云,董祖舜;高速三体船研究综述[J];海军工程大学学报;2005年02期

4 何术龙;李百齐;程明道;朱德祥;;三体船船型分析及兴波干扰的模型试验研究[J];水动力学研究与进展(A辑);2006年01期

5 黄晓琼;陈立;杨雄辉;周心桃;;三体船波浪诱导载荷计算研究[J];中国舰船研究;2008年05期

6 孙荣;吴晓光;姜治芳;吴启锐;卢晓晖;;三体船阻力数值计算及方案优选[J];中国舰船研究;2008年05期

7 邓锐;黄德波;周广利;;三体船阻力的数值计算研究[J];哈尔滨工程大学学报;2008年07期

8 贾敬蓓;宗智;倪少玲;师华强;汤晓宇;郑金伟;高云;;三体船模型试验阻力分析[J];船舶力学;2009年04期

9 王中;卢晓平;王玮;;三体船阻力回归分析及预报方法研究[J];船舶力学;2010年04期

10 贾敬蓓;宗智;张文鹏;;前三体船概念及其阻力和运动性能试验研究[J];中国舰船研究;2011年02期

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1 李云波;冯国泰;;三体船黏流数值模拟[A];第七届全国水动力学学术会议暨第十九届全国水动力学研讨会文集（下册）[C];2005年

2 刘辉;林哲;;基于多梁模型的三体船波激响应[A];第四届全国船舶与海洋工程学术会议论文集[C];2009年

3 王平;蔡新功;韩芸;任毅;徐萍;常赫斌;;三体船侧体位置水动力布局规律试验及理论研究[A];2007年船舶力学学术会议暨《船舶力学》创刊十周年纪念学术会议论文集[C];2007年

4 周显光;吴华桐;吴俊贤;黄正利;;高速三体船之运动性能预估(英文)[A];第二十一届全国水动力学研讨会暨第八届全国水动力学学术会议暨两岸船舶与海洋工程水动力学研讨会文集[C];2008年

5 李裕龙;李云波;;三体船水动力布局和方法研究[A];2008年船舶水动力学学术会议暨中国船舶学术界进入ITTC30周年纪念会论文集[C];2008年

6 刘亮;秦江璇;孙士艳;;三体船非线性波浪载荷研究[A];2013年船舶水动力学学术会议论文集[C];2013年

7 邓锐;黄德波;周广利;孙华伟;;T型翼对三体船水动力性能的影响[A];2013年船舶水动力学学术会议论文集[C];2013年

8 王毅;卢晓平;;三体船在波浪中的垂荡与升沉计算及其结果分析[A];第九届全国水动力学学术会议暨第二十二届全国水动力学研讨会论文集[C];2009年

9 吴乘胜;王迎晖;高雷;兰波;周德才;;波浪中三体船水动力布局优化研究[A];第二十三届全国水动力学研讨会暨第十届全国水动力学学术会议文集[C];2011年

10 马山;段文洋;周立师;王瑞锋;周耀华;;三体船在斜浪规则波中运动响应预报方法研究[A];第二十三届全国水动力学研讨会暨第十届全国水动力学学术会议文集[C];2011年

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1 周_g 杨储郡;“海神”号三体船，十年三易主[N];中国国防报;2011年

2 辟心;适应新军事变革的三体船[N];中国海洋报;2004年

3 本报专稿 陈光文;三体舰现身“辽宁舰”母港[N];世界报;2013年

4 李志克;新概念舰船逐鹿海战场[N];解放军报;2002年

5 本报专稿 周峰;澳大利亚未来10年要追上美军步伐[N];世界报;2005年

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1 贾敬蓓;三体船型阻力和运动性能试验研究[D];大连理工大学;2010年

2 周广利;三体船型阻力预报、优化与系列性试验分析研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

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5 刘辉;基于多梁模型的三体船波激响应[D];大连理工大学;2009年

6 杨德喜;高速三体船结构设计与强度评估[D];哈尔滨工程大学;2010年

7 程虎;三体船的振动附连水质量研究[D];武汉理工大学;2011年

8 郭俊伟;小水线面三体船结构水动力分析[D];大连理工大学;2008年

9 徐伟;三体船波浪诱导运动及载荷的数值预报研究[D];上海交通大学;2008年

10 杨赵华;高速三体船结构轻型化设计研究[D];武汉理工大学;2008年

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本文编号：1087406