结构轻量化对船舶能效设计指数的影响研究

发布时间：2017-09-01 01:35

  本文关键词：结构轻量化对船舶能效设计指数的影响研究

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【摘要】：2011年MPEC62次会议正式通过了“新船能效设计指数(EEDI)'’,并于2013年开始实施,2015年正式执行。EEDI是是船舶消耗的能量换算成C02排量和船舶有效能量换算成CO2排量的比例指数,是衡量船舶是否达到绿色船舶要求的指标。相比于其他绿色船舶优化的方法,减轻结构重量主要应用于设计阶段。结构优化的优势在于不改变船舶的型线,不改变船舶的布置,可直接减少造船用的钢料。由于钢料的减少,一方面可以增加部分载重量,另一方面可以降低主机功率,从而有效地降低EEDI值,提高船舶能效水平。因此在保证船舶安全性的同时,减少船舶的自重,增加船舶载货量,是提高新船能效水平的重要技术措施之一。因此,本文分析船舶结构轻量化对能效设计指数的影响,从而探讨提高新造船舶能效水平的有效方法。针对相关研究现状,本文研究内容包括以下三个方面：首先阐述了基于优化设计的船舶结构轻量化方法。简要介绍了结构轻量化方法,梳理了其中的船舶结构优化设计方法以及船舶结构优化设计流程。以4500DWT散货船为例,对其进行了结构优化设计,包括设计变量、目标函数和约束条件的确定,结果,其船体结构钢料重量减轻了4.30%。对船舶结构轻量化对EEDI的影响进行了定性和定量分析,并对分析结果进行了系统的阐述。介绍船舶能效设计指数的计算公式及各参数的含义和取值方法,重点对EEDI公式进行了敏感性分析,包括载重量敏感性分析和主机功率敏感性分析。结构重量减轻后,通过增加载重量和减小主机功率两种途径,探讨两个因素对EEDI影响的敏感性。以4500DWT散货船为例,在结构优化设计之后,通过两种途径,得到的该船EEDI值降幅均大于4%,且减小主机功率后EEDI的降幅更大。然后,对船舶结构强度进行了全船有限元分析,系统地阐述了有限元模型的建立、网格的划分方法、边界条件、计算工况、载荷施加及强度校核标准,并对全船主要结构件进行了强度校核,以确保优化的结构在增加载重量后仍满足规范要求。应用VB语言,设计并开发了船舶EEDI计算程序。对程序开发进行了需求分析,阐述了船舶EEDI计算程序开发的过程。该程序包括两大功能模块：EEDI计算模块和参考线回归分析模块。本文的研究成果可为提高我国新造船舶能效水平提供指导,对于我国节能船舶技术的发展和研究具有借鉴意义。
【关键词】：能效设计指数 轻量化 结构优化设计 有限元分析 VB
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U662
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 研究的背景及意义9-10
• 1.2 研究现状10-13
• 1.2.1 船舶能效设计指数国内外研究现状10-11
• 1.2.2 船舶结构轻量化国内外研究现状11-13
• 1.3 论文研究内容13
• 1.4 论文结构13-15
• 2 基于优化设计的船舶结构轻量化方法15-23
• 2.1 轻量化方法15
• 2.2 船舶结构优化设计方法15-16
• 2.3 船舶结构优化设计16-22
• 2.3.1 设计变量17
• 2.3.2 目标函数17-18
• 2.3.3 约束条件18-20
• 2.3.4 优化结果20-22
• 2.4 小结22-23
• 3 船舶结构轻量化对EEDI的影响23-50
• 3.1 船舶能效设计指数分析23-30
• 3.1.1 计算中各参数23-24
• 3.1.2 计算中各参数24-30
• 3.2 EEDI公式敏感性分析30-33
• 3.2.1 载重量敏感性分析30-32
• 3.2.2 主机功率敏感性分析32-33
• 3.3 结构重量减轻后对EEDI的影响分析33-35
• 3.3.1 增加载重量33-34
• 3.3.2 降低主机功率34-35
• 3.4 优化后结构强度校核35-49
• 3.4.1 概述35-36
• 3.4.2 有限元模型36
• 3.4.3 边界条件36-37
• 3.4.4 计算工况37
• 3.4.5 施加载荷37-42
• 3.4.6 强度校核标准42-43
• 3.4.7 校核结果43-49
• 3.5 小结49-50
• 4 船舶EEDI计算程序设计50-62
• 4.1 需求分析50-51
• 4.2 船舶EEDI程序开发51-60
• 4.2.1 船舶EEDI程序53-58
• 4.2.2 船舶EEDI参考线回归58-60
• 4.3 船舶EEDI程序测试60-61
• 4.4 小结61-62
• 结论62-63
• 参考文献63-65
• 附录A 各工况下应力和变形云图65-71
• 致谢71-72

【参考文献】

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本文编号：769177