基于随机灵敏度的服役船舶结构强度再加强方案研究

发布时间：2017-08-23 15:31

  本文关键词：基于随机灵敏度的服役船舶结构强度再加强方案研究

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【摘要】：从营运成本考虑，我国航运业主要是以购买经济性较好的中龄二手船为主，而中龄船自然会带来一定的超期服役问题。由于环境的腐蚀作用，服役船舶所用钢板的有效厚度必然会有所下降，这也就导致结构上的强度损失。在这种情况下，怎样以较少的经济代价，处理其结构强度再加强问题，以确保超期服役船舶在寿命结束之前保持有效的强度，将能够带来巨大的社会效益和经济效益。为此，本文运用随机灵敏度的方法对船舶结构的重要力学指标进行分析，评判设计参数对结构性能评价指标的贡献程度，从理论角度研究船舶结构的再加强方案。 首先，运用ANSYS作为计算平台，进行随机灵敏度抽样技术的研究。选用模型船舱段所用钢板板厚作为设计变量、力学性能作为评价指标，选取不同随机抽样参数进行随机灵敏度计算，得到了能够表达灵敏度数值的最优抽样参数组合，降低了计算的时间成本。 其次，运用有限元方法，对SL151起重船船体典型龙骨节点结构进行了详细参数化建模；以节点在腐蚀情况下的板厚等几何尺寸为设计变量，节点力学性能为评价指标，进行了随机灵敏度分析，得出了影响主要评价指标的主要影响参量。然后，以这些影响参量为设计变量，对船体典型结构进行了三种不同类型的参数优化设计，得出了需要更换节点情况下的优化尺寸，，为局部构件的性能提升提供了加强方案。 最后，以模型舱段与SL151实际舱段为模板，以其所用钢板的厚度为设计变量，舱段力学性能为评价指标进行了随机灵敏度分析。结合有限元分析结果，对结构薄弱了的区域，以随机灵敏度分析的结果为指导，提出了三种船体加强方案，以较少的代价，得到了较好的效果，实现了经济效益的提升。
【关键词】：船体结构强度 随机灵敏度分析 有限元法 优化设计 结构加强方案
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U661.43
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1. 课题背景及研究的目的与意义8
• 1.2. 研究内容综述8-13
• 1.2.1 船体结构加强方案综述8-9
• 1.2.2 典型加强结构的选取9
• 1.2.3 典型加强结构中热点应力处理9-10
• 1.2.4 基本灵敏度分析10-11
• 1.2.5 灵敏度分析方法分类11-12
• 1.2.6 随机灵敏度方法在工程上的运用12-13
• 1.3 本文主要研究内容13-14
• 第2章 抽样技术研究14-25
• 2.1 抽样方法的重要性14
• 2.2 抽样模型的建立14-18
• 2.2.1 一般集装箱船的舱段建模15-16
• 2.2.2 舱段安全性评价标准16-18
• 2.2.3 输入参数与输出参数18
• 2.3 抽样参数的选择18-24
• 2.3.1 输入变量高斯分布与均布分布的比较18
• 2.3.2 蒙特卡罗法法与拉丁抽样法的比较18-20
• 2.3.3 拉丁抽样法循环次数比较20-22
• 2.3.4 拉丁抽样法分层数与循环数比较22-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 典型结构灵敏度分析及优化25-38
• 3.1 龙骨节点有限元模型25-28
• 3.1.1 有限元模型25-27
• 3.1.2 边界条件和载荷27
• 3.1.3 肘板趾端应力集中处理27-28
• 3.2 典型结构灵敏度分析28-31
• 3.2.1 计算变量及输出变量28
• 3.2.2 计算结果分析28-31
• 3.3 典型结构优化设计31-37
• 3.3.1 服役船舶现在的修理形式31-32
• 3.3.2 ANSYS 优化设计模块32
• 3.3.3 多目标优化方法32-33
• 3.3.4 船舶典型结构的尺寸及形状优化33
• 3.3.5 三组优化实验33-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 舱段模型灵敏度分析及结构加强方案38-54
• 4.1 双层底散货船舱段分析38-43
• 4.1.1 计算参数的确定38-39
• 4.1.2 不同板厚下灵敏度变化39-40
• 4.1.3 有效厚度减少 30%灵敏结果分析40-43
• 4.2 双层底散货船舱段结构加强方案43-47
• 4.2.1 局部换板43-45
• 4.2.2 外底板铺设补板45-46
• 4.2.3 增加舷侧纵骨密度46-47
• 4.3 SL151 起重船舱段分析47-52
• 4.3.1 SL151 有限元模型建立47-49
• 4.3.2 边界条件和载荷49
• 4.3.3 舱段模型力学性能评价指标49
• 4.3.4 舱段模型有限元模型分析结果49-50
• 4.3.5 随机灵敏度分析结果50-52
• 4.4 结构再加强方案52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 结论54-55
• 参考文献55-60
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果60-62
• 致谢62

【参考文献】

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本文编号：725832