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内河船变形的简化计算方法及设计衡准研究

高晓圆  
【摘要】:为了提高竞争力并获得更多效益,运输船舶不断朝着大型化轻量化的趋势发展。对于内河船舶,通常其型深D和船宽B受到水域的限制,导致船长显著增加。可知,船长型深比L/D越来越大,船体也越来越柔软。长久以来,尽管船级社都对船舶总纵强度的校核颁布了相应的规范,但是并没有针对船体变形直接给出安全范围,然而现代内河船的最大挠度不断增加极有可能导致事故的频繁发生。因此,有必要对现代内河船的船体挠度的安全范围进行深入研究。本文主要以内河水系中航行的现代船舶为研究对象,重点针对欧洲内河典型的货船和油船,并延伸到中国内河水域中大型的江海直达集装箱船。基于丰富的船型资料和参数开展了大量的实船计算分析工作,比较了各内河船在最危险工况下的船体变形规律,分析剪切挠度、剖面惯性矩分布以及弯矩变化引起的挠度修正等因素对总纵弯曲挠度值的影响权重,总结并归纳出一种适用于现代内河船挠度计算的解析求解方法,并基于统计分析结果对现有内河船规范关于船体刚度的控制提出改进建议。主要研究工作如下:(1)总结归纳了船体总纵弯曲过大可能引起的问题以及船体挠度的获取方法,梳理了当前各大船级社规范和工程实践中对船体最大挠度提出的相关要求并分析存在的问题。(2)通过对影响船体挠度的主要因素展开对比研究,提出了简化的适用于现代内河船舶船体挠度计算的分析思路和解析求解方法。同时,采用全船有限元计算方法对一条典型船舶的挠度进行分析,对比验证了简化解析法的可行性。自主开发了基于VBA的船体挠度自动计算程序,为快速获取系列船舶的船体挠度数据提供了高效的计算工具。(3)应用船体挠度自动计算程序对所有样本船舶在所有工况下的最大船体挠度进行了计算分析。结合简单推导与计算结果的统计分析,在探寻船体挠度与船体主尺度、外部载荷等关键参数之间关系的基础上,给出了预估船体最大挠度的经验公式。(4)以两艘典型的中国水系航行的江海直达船为例,利用上述解析法计算其最大挠度,分析讨论欧洲内河船舶和中国内河船舶之间的差异,并对内河规范中关于船体刚度控制的要求提出改进建议。


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