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基于设计波法的舰船整船有限元强度分析

樊佳  
【摘要】:我国是一个海洋大国,有着广阔的领海和漫长的海岸线,需要强大的海军力量的保护;即使在和平年代,强大的海军力量,也可以起到一定威慑作用,达到不战而驱人之兵的目的;如果战争无法避免,强大的海军的将发挥重要作用。大型水面舰船是海军力量中不可缺少的一部分,而正确的舰船强度分析是进行舰船设计和保证舰船结构安全的关键。 由于舰船有着不同于常规船舶的结构特点,比如甲板大开口和上层建筑等结构,会对总纵强度、扭转强度产生极大的影响。传统方法将船体看作一根船体梁,这种方法对评价舰船强度的安全性有很大的近似性,存在一定的弊端。 随着有限元分析方法和计算机技术的发展,舱段有限元法出现了,继而整船有限元分析方法得到了发展。整船有限元法可以求解出整船各个主要构件的实际变形和应力结果,是目前船体结构强度分析最准确、最完善的方法。 波浪载荷的确定是整船有限元强度计算中的关键环节。本文对基于三维线性势流理论给出了用于船舶与海洋工程结构的基本水动力方程,以及相关水动力参数和数值求解方法,同时给出了基于谱分析和概率统计理论的船舶运动和载荷的长短期预报方法和舰船设计波参数的确定过程。接着,本文基于三维势流水动力分析程序,分析了规则波中舰船运动和波浪载荷特性,结合舰船海浪统计资料,利用长期预报的方法和设计波方法,得到了舰船在两载荷参数下的设计波参数以及与之对应的海浪瞬时设计波浪载荷。利用设计波法确定船舶波浪载荷的优点在于,计算工作量较小,而且可以模拟真实海况,得到真实的波浪载荷,使有限元强度计算结果更合理。 本文基于设计波法对舰船整船结构进行了有限元强度分析,确定了船体的高应力区域,校核了整船结构强度。


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