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2400吨级江海直达货船优化设计研究

作　者: 孙洪刚
导　师: 冯峰
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 江海直达货船大开口结构优化推进节能
分类号: U662
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

由于商品流通的扩大,许多货物需要由海上和内河协作配合运输,江海直达运输正是这样一种方式。在中国,江海直达船舶有着广阔的发展和应用前景,它对连接中国的沿海、远洋航运和内河航运起着重要的作用。本文以2400吨江海直达货船为研究对象,根据本船的船型特点,研究适合的优化设计方法与思路,借鉴国内外船舶优化研究方法,对本船进行优化设计研究。主要有两方面内容：一是对其结构进行优化。本船采用的优化方法是把货舱区顶边舱的斜舱壁改为直舱壁,这样做的结果使得货舱容积增大,装卸货物方便,但甲板大开口同时也增大。甲板大开口的增大,将影响船舶的总纵强度和扭转强度,因此,将对本船进行强度校核。对本船进行结构优化设计后,通过MSC.Patran/Nastran软件建立全船有限元模型,根据中国船级社《散货船结构强度直接计算分析指南》及相关规范,采用全船有限元直接计算法对船体结构强度进行校核和分析,以便真实的考虑各种载况和波浪条件下,船舶航行状态下的各种响应,并校核大开口条件下船体的总纵强度。二是对其推进节能进行改进。船舶节能目前已成为世界各国造船界和航运界研究的重要课题,它关系到节约燃料和费用、环境保护以及船舶营运经济效益等问题。随着造船业和世界经济的发展,油价越来越高,致使船舶燃料费用呈显著增高趋势,占船舶营运总费用开支成本的比例较大。目前,船舶推进节能的技术和方法有很多,对本船推进节能的应用,本文采取一种简单而又实用的方法——改变齿轮箱的减速比,来提高螺旋桨的效率,在主机发挥相同功率的情况下,可以降低燃油消耗率,达到节能的目的。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-15
  1.1 引言  10
  1.2 江海直达船舶发展概况  10-14
    1.2.1 国内研究背景及现状  10-12
    1.2.2 国外研究背景及现状  12-14
  1.3 本文主要工作任务  14-15
第2章船体结构优化  15-24
  2.1 船体结构  15-18
    2.1.1 2400吨江海直达货船主尺度及主要参数  15
    2.1.2 结构形式  15-18
  2.2 结构优化  18-19
    2.2.1 优化策略  18
    2.2.2 优化方法  18-19
  2.3 船体强度理论  19-21
    2.3.1 船体总纵强度  19-20
    2.3.2 船体横向强度  20
    2.3.3 船体扭转强度  20-21
  2.4 船体结构强度有限元分析方法  21-23
    2.4.1 有限元法的发展  21-23
    2.4.2 船体结构强度有限元分析方法  23
  2.5 本章小结  23-24
第3章计算模型及工况载荷  24-40
  3.1 有限元模型  24-28
    3.1.1 坐标规定  24
    3.1.2 单位制定义  24
    3.1.3 符号规定  24-25
    3.1.4 模型范围  25-26
    3.1.5 单元和网格  26-27
    3.1.6 材料参数  27
    3.1.7 创建材料模型  27
    3.1.8 给模型附属性  27-28
  3.2 边界条件  28-29
  3.3 计算工况  29-31
    3.3.1 CCS规定  29-31
    3.3.2 全船模型计算工况  31
  3.4 计算载荷  31-39
    3.4.1 空船重量  31
    3.4.2 基于CCS的模型计算载荷  31-36
    3.4.3 整船计算的设计波载荷模型  36-38
    3.4.4 本船计算的设计波  38-39
  3.5 本章小结  39-40
第4章计算结果及分析  40-51
  4.1 位移计算结果  40-43
  4.2 应力计算结果  43-47
    4.2.1 许用应力  43
    4.2.2 工况一应力计算结果  43-45
    4.2.3 工况二应力计算结果  45-47
    4.2.4 应力结果分析  47
  4.3 总纵强度校核  47-50
    4.3.1 计算依据  47
    4.3.2 基本剖面模数及惯性矩  47-48
    4.3.3 剖面模数的计算  48-50
  4.4 本章小结  50-51
第5章船舶节能技术及措施  51-59
  5.1 概述  51
  5.2 船舶节能技术  51-55
    5.2.1 节能船型  51-52
    5.2.2 水动力节能附加装置  52-53
    5.2.3 船机桨最佳匹配  53
    5.2.4 新型油料节能技术  53-54
    5.2.5 新型高效推进器  54-55
    5.2.6 高效舵  55
  5.3 节能螺旋桨  55-58
    5.3.1 卡普尔(Kappel)螺旋桨  55-56
    5.3.2 大侧斜螺旋桨  56-57
    5.3.3 尾流收缩叶梢有载螺旋桨(CLTP)  57-58
  5.4 本章小结  58-59
第6章 2400吨江海直达货船推进节能的应用  59-72
  6.1 2400吨江海直达货船的推进系统  59-60
    6.1.1 主机、减速齿轮箱主要参数  59
    6.1.2 推进因子及收到马力  59
    6.1.3 原螺旋桨参数  59-60
  6.2 2400吨江海直达货船的推进节能的应用  60-71
    6.2.1 推进节能采用的方法  60
    6.2.2 改进螺旋桨的设计  60-70
    6.2.3 改进螺旋桨与原螺旋桨比较  70-71
  6.3 本章小结  71-72
结论  72-74
参考文献  74-77
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  77-78
致谢  78

2400吨级江海直达货船优化设计研究

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