大型客船轻量化设计研究

【摘要】：现如今,经济全球化进程越来越快,国际贸易往来日渐频繁。船舶作为国际贸易往来的最强运载体,其能源消耗和航运成本越来越受到人们的关注。船舶在建造时所消耗的钢材和航运时消耗的能源都十分巨大。因此,节能减排、绿色设计的设计理念越来越被业内关注。本课题选取大型客船为算例,对其进行主船体的优化设计和局部结构的轻质材料应用,达到重量控制的目的。本课题的研究内容包括:(1)基于规范计算法,对大型客船中剖面的纵向构件进行结构优化,降低大型客船中剖面面积。设定中剖面纵向构件的板、骨材尺寸为设计变量,CCS的邮轮规范对船体各构件的尺寸、剖面模数和船体梁强度等要求为约束条件,设定算例船中剖面面积最小为目标函数,以此建立数学模型。选择多岛遗传算法对大型客船中剖面纵向构件进行优化设计;基于直接计算法,对大型客船的船舯部舱段结构进行整体的结构优化设计。以船舯部舱段重量最轻为目标函数,设定对舱段重量影响较大的构件为设计变量,以直接计算中对算例船的屈服、屈曲强度的要求为约束条件,选择多岛遗传算法对大型客船的船舯部舱段结构进行优化设计。(2)对大型客船的上层建筑局部结构和阳台结构进行铝合金材料的应用。通过应用轻质铝合金材料来达到轻量化设计的目的。基于等效替代的原理对上层建筑局部结构的各围壁板、骨材进行铝合金材料的替换设计,确定各构件替换后的板厚尺寸,并进行强度校核、振动分析。比较分析替换前后的重量差别和力学性能给出上层建筑局部结构的设计方案;再根据邮轮规范对于结构的尺寸要求,给出阳台结构的设计方案。确定设计方案后对阳台结构进行力学性能评估,包括应力分析、变形分析和振动分析。(3)对算例客船上层建筑甲板室进行复合材料的应用。通过研读CCS的《纤维增强塑料船建造规范》对复合材料结构设计的规定,确定船舶上层建筑甲板室各构件的复合材料层合板尺寸,然后对复合材料上层建筑进行力学性能评估,包括强度校核及振动分析。最后给出符合强度要求的各构件板厚,确定应用复合材料的上层建筑设计方案。