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基于共同结构规范的油船货舱区结构优化设计

田本涛  
【摘要】:围绕油船共同结构规范(CSR)的特点及其给结构设计带来的巨大变化,尤其是使新造船船体钢料重量增加的问题,论述了怎样通过优化方法在满足强度要求的前提下,使油船中横剖面结构达到重量最轻的目的。 完成了CSR中核心内容载荷的计算,形成了基于CSR的中横剖面结构优化设计程序系统。系统中,强调了简洁、实用的特点,提高了自动化的程度,并且将程序中的载荷计算部分和基于局部强度条件确定的构件尺寸分别与英国劳氏船级社(LR)的规范计算软件RulesCalc2006.3以及中国船级社(CCS)的规范计算软件CCS_JBP_JTP_DSA_2006进行了对比,结果基本一致。另一方面,针对上述两大软件的共同缺陷——只是对输入的构件尺寸进行校核,而不能直接计算得到满足强度要求的恰当值,如此容易产生一种过设计(即过多的强度储备、过大的结构重量、过差的结构性能)。本文从规范计算的核心内容载荷出发,采用Visual Basic编程语言,从根本上解决了这个问题,但由于时间和个人能力等原因,目前实现了满足总纵弯曲强度条件,局部强度条件,刚度和尺度比等约束条件且剖面面积最小的中横剖面尺寸的优化设计功能。 根据CSR规定,船长大于150米的油船要做有限元强度分析校核,本文采用通用有限元分析软件MSC.Patran和MSC.Nastran对一艘50000DWT的成品油/原油船做了货舱区三舱段的有限元分析,校核了屈服强度,屈曲强度,疲劳强度,极限强度,局部屈服网格细化分析,开孔处理等内容,主要进行了屈服强度和疲劳强度的分析,从疲劳裂纹产生的机理和结构形式、节点形式对疲劳裂纹产生和扩展的影响等方面做了分析,在疲劳强度不满足规范要求时,通过对结构的改进,或是在内底板和底边舱斜板之间添加适当大小的肘板,以及所添加肘板的尺寸变化对疲劳强度的影响,在本文中均做了详细论述。


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