积木方舟结构强度的有限元分析

发布时间：2020-11-22 00:35

　　 积木方舟是一种新型多功能船舶,也是我国建造的第一艘造价较低、可拆解、便携、用途广泛的全新船型。该船由尖头浮体,浮体,连接体,L型甲板,Z型甲板,U型甲板、挡板、护板和盖板等拼装而成。积木方舟是一种类似于双体船的全新船型,相对于其他船舶和水上产品积木方舟都具有其独特的优势和价值。与充气船比较,积木方舟安全性能更高,强度和刚度更高;与金属船和木质船比较,更轻便、更耐腐蚀、便于转移水域使用且柔韧性更好。长度可通过拼装节数自由改变,灵活性高,可以作为浮桥。方舟的结构和设计工况下的外部载荷都比较复杂,所以目前关于积木方舟结构强度的直接计算尚无先例。使用基于有限元理论的直接计算法,在有限元模型进行合理建立的基础上,可以有效而快速地求出整船的应力状态。因此基于有限元理论而产生的船舶强计算方法,改善了校核船体强度仅使用传统的梁理论的方法。本文对积木方舟的有限元计算,是在以上前提下进行。主要内容如下:(1)本文首先从双体船发展入手,探究了双体船的研究现状,对双体船船型的结构特点和其总体性能进行了详细分析。对本文运用的有限元仿真软件进行了说明,阐述了有限元法在船舶结构强度计算中的应用。(2)通过实验总结,分析比较后确定了方舟的材料。根据初始简化模型确定了积木方舟各个组件的尺寸与结构,并用Solidworks软件设计绘制了船体各组件的三维模型、部分组件装配体和总装配体。(3)对方舟进行受力分析、网格划分、载荷和约束施加,运用有限元软件先进行了积木方舟静载荷下部分组件结构强度的有限元分析,计算结果对照强度标准,对不满足强度标准的组件和结构进行不断改进,最终满足了强度要求。(4)最后对积木方舟在中拱、中垂、迎浪等六种不同工况条件下,用ANSYS软件进行了整船体的有限元强度计算。包括积木方舟在六种工况下的工况分析,外载荷分析及载荷公式推导和计算,求解模型的简化,整船模型的网格化分与网格优化,约束和载荷的施加等。求解出船体结构的变形和应力,并与相应的强度标准进行比较对船体强度做出判断,对不满足强度标准的组件和结构进行改进。经过计算和改进,最终使积木方舟的结构在设计工况下满足强度条件,为今后积木方舟进一步的结构设计提供了参考。
【学位单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U661.43
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 本课题的选题背景
    1.2 双体船发展与国内外研究现状
        1.2.1 船舶发展现状分析
        1.2.2 国内外的民用船舶发展现状
        1.2.3 双体船的发展
        1.2.4 研究现状
    1.3 积木方舟相对于其他船舶的优势
    1.4 本课题的内容和目的
        1.4.1 研究的主要内容
        1.4.2 选题目的
2 有限元法及其在船舶强度计算方面的应用
    2.1 有限元法
        2.1.1 有限元法的由来与发展
        2.1.2 有限元法原理
    2.2 直接计算法的基本方程
        2.2.1 基本方程的矩阵形式
        2.2.2 平面应力问题及其基本方程式
    2.3 有限元的解题方法
    2.4 有限元法在船体结构设计中的应用
    2.5 ANSYS
3 积木方舟的三维模型和材料
    3.1 方舟可行性实验
        3.1.1 初始简化模型
        3.1.2 方舟实体模型实验
    3.2 积木方舟的材料
    3.3 方舟结构和三维模型
    3.4 挂桨机
    3.5 本章小节
4 积木方舟组件的结构静力学分析
    4.1 积木方舟求解组件
    4.2 前处理阶段
    4.3 求解、后处理和模型改进
    4.4 本章小结
5 不同工况下积木方舟整体强度分析
    5.1 积木方舟的外载荷计算
        5.1.1 外载荷分析
        5.1.2 船体总强度的外载荷计算
    5.2 工况分析、网格划分及约束和载荷施加
        5.2.1 总强度计算分析工况
        5.2.2 整船网格划分与优化
        5.2.3 有限元模型的边界条件
        5.2.4 整船模型的加载
    5.3 整船总强度有限元分析
    5.4 本章小节
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文

【参考文献】

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本文编号：2893840