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船体结构动力特性直接计算研究

作　者: 黄灿
导　师: 张少雄
学　校: 武汉理工大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 有限元方法直接计算固有频率非结构质量
分类号: U661.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

船舶是一种复杂的弹性结构,在营运过程中总会受到主机、螺旋桨、波浪等外界激励的作用。这些外界激励的作用将引起船舶发生不同程度的振动,过大的振动可导致结构产生疲劳破坏,影响人员的工作效率甚至身体健康,还会影响设备和仪表的正常使用。因此,在船舶设计阶段,必须较准确地预报结构振动的固有频率,从而避免发生共振,特别应避免上层建筑发生共振。由于计算机软硬件的飞速发展,采用基于肋距和纵骨间距的有限元网格模型,对全船结构动力特性进行直接计算分析原则上己不存在困难,但其工作量很大、涉及因素很多,尤其是非结构质量的处理比较困难,所以它的应用尚不广泛,尤其在国内开展此类分析的方法尚不多见。本文以一艘89 m自卸沙船为研究对象。对其全船结构动力特性进行有限元直接计算分析研究。该船上层建筑存在严重振动现象。本文利用MSC/Patran、Nastran程序,建立全船钢结构三维有限元模型,根据装载情况确定设备、油水等船体非钢结构质量在全船范围内的分布,确定附连水的质量及在湿表面的分布情况,用Lanzos方法求解本船在正常排水量、静水漂浮、完全自由情况下的自由振动固有频率与振型,分析和评估该船体震动强烈的原因,取不同的附连水的质量对计算结果进行简单比较分析,以期为本系列船的结构动力特性设计提供参考依据。计算结果表明,采用全船结构动力特性直接计算的方法,是可行的,也是可靠的。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-15
  1.1 引言  8-9
  1.2 国内外研究概况及发展趋势  9-11
  1.3 本课题的来源  11
  1.4 本文的主要研究内容  11-12
  1.5 本文所用工具MSC软件简介  12-15
    1.5.1 前后处理器MSC.PATRAN  12-14
    1.5.2 有限元分析软件  14-15
第2章研究的理论基础  15-26
  2.1 船体振动基础  15-21
    2.1.1 船体振动简述  15
    2.1.2 单自由度系统自由振动  15-17
    2.1.3 单自由度系统简谐激励下的振动响应  17-20
    2.1.4 船上振动与激励关系  20-21
  2.2 有限元法  21-23
    2.2.1 有限元法的基本思想  21
    2.2.2 有限单元法分析问题的基本步骤  21-23
  2.3 动力分析的有限元基本原理(LANEZOS法)  23-26
第3章船体有限元模型的建立与简化  26-50
  3.1 船体的基本情况  26-27
    3.1.1 船型及航区  26
    3.1.2 主尺度及主要参数  26-27
    3.1.3 主要病害描述  27
  3.2 有限元模型  27-48
    3.2.1 模型范围  27-30
    3.2.2 坐标系  30
    3.2.3 单元及网格  30
    3.2.4 材料参数  30-31
    3.2.5 模型规模  31
    3.2.6 计算模型  31-48
  3.3 质量分布  48-49
    3.3.1 结构质量  48
    3.3.2 货物、主要设备和主要油水质量  48
    3.3.3 其他设备、舾装、装置、系统、负荷等非结构质量  48
    3.3.4 附连水质量  48-49
  3.4 边界条件  49-50
第4章主要计算结果  50-73
  4.1 湿模态主要计算结果  50-59
  4.2 湿模态对比计算主要结果  59-63
  4.3 干模态主要计算结果  63-73
第5章结论与展望  73-75
  5.1 结论  73-74
  5.2 展望  74-75
致谢  75-76
参考文献  76-78
攻读硕士学位期间发表的论文  78

船体结构动力特性直接计算研究

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