三体船结构优化设计及有限元分析

发布时间：2017-07-01 21:23

  本文关键词：三体船结构优化设计及有限元分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：三体船作为一种新兴船型，连接桥和两个片体特殊结构的出现，使得其载荷和结构力学特性与其他常规船型相比有很大的差异，近年来对三体船的研究主要集中在水动力性能、模型试验和概念设计三个方面。由于缺少实船的设计建造经验，对三体船的结构优化设计和强度校核方面的研究较少，没有形成切实可行的系统方法，而结构的优化设计和强度校核又是新船型研发中的重要环节。基于三体船型蓬勃发展和国家建立节约型社会的大背景，本文以某型三体舰船为研究对象，在结构初步设计和总布置形式已经确定的情况下，对结构的优化设计和强度校核方法进行探讨和研究，得到一套三体船结构优化设计方案，为该舰完成最终的设计建造提供参考，其主要内容如下： 1、深入研究英国劳氏船级社的《三体船入级规范》和《军船入级规范》中对设计载荷和结构强度相关要求，结合设计资料载荷预报值和模型试验值，确定结构优化设计所需的总体和局部设计载荷值及强度限定条件。 2、基于分级优化的思想对三体船中横剖面进行结构优化设计，分别采用传统计算法和惩罚函数法确定一级优化中相当板厚沿剖面垂向的分布，并对两种方法的计算结果进行比较分析。以满足局部强度和稳定性条件为标准，确定二级优化中船体板架的板厚、骨材间距及型号。最后，给出本文的三体船结构优化设计方案。 3、建立优化设计方案的三维有限元模型，确定强度校核的典型计算工况、边界条件及载荷模拟方法，对其进行强度评估，，得到结构的应力响应和分布规律，验证结构设计的合理性，根据直接计算结果修正优化设计方案，并确定应力集中的局部结构。 4、对存在应力集中的部位，从结构形式和尺寸方面，对局部结构进行优化研究，采用嵌入式细网格模型，分析局部结构优化前后的应力集中改善情况，验证局部结构优化设计方案的有效性。
【关键词】：三体船 结构优化设计 惩罚函数法 有限元方法 应力集中
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U661.43
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题研究背景和意义11-12
• 1.2 结构优化设计的研究进展12-14
• 1.2.1 工程结构优化设计的发展概况12-13
• 1.2.2 船舶结构优化设计的研究进展13-14
• 1.3 三体船结构优化设计简述14
• 1.4 课题的研究内容14-17
• 第2章 结构设计载荷及强度条件17-41
• 2.1 概述17
• 2.2 总体设计载荷17-27
• 2.2.1 总体设计载荷规范计算17-26
• 2.2.2 总体设计载荷的确定26-27
• 2.3 局部设计载荷计算27-30
• 2.3.1 外板局部设计压力确定27-29
• 2.3.2 露天甲板局部设计压力确定29-30
• 2.3.3 内底设计压力确定30
• 2.4 总强度条件30-32
• 2.4.1 总纵弯曲强度要求30-31
• 2.4.2 最小剖面模数要求31-32
• 2.4.3 最小惯性矩要求32
• 2.4.4 剪切强度要求32
• 2.5 局部强度条件32-36
• 2.5.1 最小板厚要求32-33
• 2.5.2 主要型材单元的剖面属性要求33-34
• 2.5.3 次要型材单元的剖面属性要求34
• 2.5.4 其余尺寸要求34-36
• 2.6 屈曲强度条件36-39
• 2.6.1 板材36-38
• 2.6.2 主要型材单元38-39
• 2.6.3 次要型材单元39
• 2.7 本章小结39-41
• 第3章 主船体典型剖面结构优化设计研究41-71
• 3.1 概述41
• 3.2 典型剖面纵向构件相当板厚的近似决定41-61
• 3.2.1 传统计算法优化设计41-48
• 3.2.2 惩罚函数法优化设计48-60
• 3.2.3 两种优化方法比较分析60-61
• 3.3 各板架纵骨与板间材料分配61-67
• 3.3.1 船底板架62-64
• 3.3.2 甲板板架64-65
• 3.3.3 舷侧板架65-67
• 3.4 典型剖面的几何属性计算67-68
• 3.5 典型剖面的设计结果68-69
• 3.6 本章小结69-71
• 第4章 全船有限元直接计算71-87
• 4.1 概述71
• 4.2 三维有限元模型建立71-72
• 4.2.1 模型建立的原则71-72
• 4.2.2 实船模型建立方法72
• 4.3 计算工况及载荷和边界的处理72-78
• 4.3.1 计算工况72-73
• 4.3.2 边界条件73
• 4.3.3 载荷施加73-78
• 4.4 全船有限元计算结果78-83
• 4.4.1 强度衡准78
• 4.4.2 整体应力水平汇总78-80
• 4.4.3 应力集中区域汇总80-83
• 4.4.4 强度校核结果83
• 4.5 本章小结83-87
• 第5章 连接桥结构局部优化研究87-95
• 5.1 概述87
• 5.2 局部结构优化方案87-88
• 5.3 局部结构有限元直接计算88-93
• 5.3.1 局部结构有限元分析的原则88
• 5.3.2 优化前后局部结构模型建立88-89
• 5.3.3 计算工况及载荷和边界处理89
• 5.3.4 局部结构有限元分析强度衡准89-90
• 5.3.5 优化前后应力水平比较分析90-93
• 5.4 本章小结93-95
• 结论95-97
• 参考文献97-100
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果100-101
• 致谢101

【参考文献】

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本文编号：507560