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三体船结构优化设计及有限元分析

张超  
【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。


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