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高速三体船结构力学特性研究

邓乐  
【摘要】: 船体的结构设计一般是采用规范设计和直接计算两种方法来完成。由于船舶尺度的增大以及新船型的开发,世界各国的船级社都在寻找既先进科学又合理可靠的新的设计方法,因此船舶结构强度直接计算法的应用日趋广泛。由于船舶结构本身以及外部载荷的复杂性,准确预报结构强度是一项非常困难的任务。有限元的出现使传统的船舶结构力学发生了根本变革,过去手算方法不能解决的问题,用有限元法可迎刃而解,并能进行整体结构分析,从而改变了传统的把总强度与局部强度分开来进行计算的概念。 三体船是近年来倍受国内外关注的一种新船型。与单体船和双体船相比,三体船具有良好的横稳性、耐波性、兴波阻力特性,以及总布置灵活和较好的生存能力等,已成为国内外新船型研究的热点。由于三体船本身结构和载荷的复杂性,其结构分析较单体船和双体船要复杂,对其研究设计工作还非常有限,国内外尚无相应的设计依据。 本文从三体船的研究现状入手,分析了该船型的结构特点和总体性能,对其所受载荷进行了初步的分析探讨,参考有关规范和文献,对一艘长54m的小水线面三体船结构进行初步的设计,并采用有限元程序建立全船的有限元模型,进行全船的有限元分析,给出其应力的分布规律,着重分析连接桥部位的应力分布,对该新型船舶结构的受力特征和载荷在结构内部传递的路径进行初步的认识了解。全船有限元分析的关键在于外载荷的平衡调整,本文基于优化设计的思想,提出一种载荷平衡调整的方法,运用该方法得到该三体船在各工况下的吃水及纵倾角度。在外载荷基本平衡的条件下,利用惯性释放进行边界条件的处理。 本文还对连接桥的湿甲板板架进行了在砰击载荷下的弹塑性瞬态动力响应的计算分析,并在重量基本相等的条件下,对横骨架式、纵骨架式和密加筋三种结构形式的动力响应进行了比较,数值模拟的结果表明密加筋的结构形式抵抗砰击能力要优于横骨架式和纵骨架式结构。


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