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珠江上游水域挖砂船结构强度直接计算研究

作　者: 覃达斌
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: 珠江上游水域链斗挖砂船规范设计结构强度直接计算
分类号: U661.43
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 5次
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内容摘要

珠江上游水域以广西河段为主,广西大小河流共有930多条,总长约34000千米,这些河流汇聚成西江后,进入广东被称为珠江。广西辖区现有采砂及从事砂石运输的船舶约3000艘,这些砂石采运船大多为无证船,相当部分是营运多年后改行或改建的运输船,船舶吨位小,大多由个体户经营,没有船务公司为依托,广泛分布于辖区的大江小河中,采砂船的船员素质、船舶技术状况也很差,容易发生安全事故,特别是稳性和结构强度等方面的技术指标令人堪忧。为解决以上广西砂船质量良莠不齐的状况,使广西挖砂/运砂船纳入规范化管理,广西交通厅于2009年推行了《广西钢质内河挖砂/运砂船舶检验暂行规定(2009)》。该规定通过技术等效措施,要求挖砂、运砂船舶符合其在广西内河安全航行或作业的技术条件,充分发挥其挖(运)砂石的能力,为广西砂船的结构强度和安全提供了有效保障。但是对于区域内尺度比超规范、结构形式特殊和局部有重载荷等船舶的结构强度,规范就有一定的局限性,此时应采用有限元直接计算进行强度校核。本文以三艘不同船长的珠江上游广西河段链斗挖砂船为例,首先参照《广西钢质内河挖砂/运砂船舶检验暂行规定(2009)》和《钢质内河船舶建造规范(2009)》进行了结构规范设计和总纵强度计算,然后应用有限元直接计算软件MSC.Patran/Nastran建立全船三维有限元模型,根据载荷和波浪条件确定各种计算工况,对全船结构强度进行了计算和校核,并分析了40m挖砂船实施补强方案前后对应力结果的影响和作用。最后,对三艘挖砂船的纵向板架和横向板架有限元直接计算的结果进行了详细分析,对比了不同工况下特定应力类型的计算结果,并总结了在某些特定工况下Bc/B(开槽宽度与船宽比值)和Lc/L(开槽长度与船长比值)与应力结果的关系,为今后规范对此类砂船Bc/B和Lc/L值的具体规定范围提供借鉴。通过对三艘珠江上游广西河段链斗挖砂船全船结构强度有限元直接计算,探索了该类型砂船的强度特点,从而为此类工程船的开发与发展提供计算经验,同时也为相关规范的制定与完善提供一定的依据和参考。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-18
  1.1 引言  10
  1.2 国内外研究的状况  10-16
  1.3 课题研究的目的和意义  16
  1.4 本文主要研究内容  16-18
第2章船体结构规范计算及总纵强度校核  18-55
  2.1 计算船的主尺度、布置及结构特点  18-21
    2.1.1 40m挖砂船总体布置及结构特点  19-20
    2.1.2 50m挖砂船总体布置及结构特点  20-21
    2.1.3 60m挖砂船总体布置及结构特点  21
  2.2 “40M挖砂船”船体结构内规计算  21-28
    2.2.1 外板  22-23
    2.2.2 甲板  23
    2.2.3 船底骨架  23-24
    2.2.4 舷侧骨架  24-25
    2.2.5 甲板骨架  25-26
    2.2.6 舱壁  26-27
    2.2.7 支柱  27-28
    2.2.8 其他  28
    2.2.9 小结  28
  2.3 “50M挖砂船”船体结构内规计算  28-36
    2.3.1 外板  28-30
    2.3.2 甲板  30
    2.3.3 船底骨架  30-31
    2.3.4 舷侧骨架  31-32
    2.3.5 甲板骨架  32-34
    2.3.6 舱壁骨架  34-35
    2.3.7 支柱  35-36
    2.3.8 围壁  36
  2.4 “60M挖砂船”船体结构内规计算  36-42
    2.4.1 外板  36-37
    2.4.2 甲板  37-38
    2.4.3 船底骨架  38
    2.4.4 舷侧骨架  38-39
    2.4.5 甲板骨架  39-40
    2.4.6 舱壁骨架  40-41
    2.4.7 支柱  41-42
    2.4.8 围壁  42
  2.5 总纵强度校核  42-47
    2.5.1 “40m挖砂船”  42-44
    2.5.2 “50m挖砂船”  44-45
    2.5.3 “60m挖砂船”  45-47
  2.6 根据规范计算制定的补强措施  47-51
    2.6.1 “40m挖砂船”  47-51
    2.6.2 “50m挖砂船”  51
    2.6.3 “60m挖砂船”  51
  2.7 目标船规范计算数据对比分析  51-53
  2.8 小结  53-55
第3章有限元模型的建立  55-74
  3.1 概述  55
  3.2 网格的划分  55-62
    3.2.1 模型范围  56-57
    3.2.2 坐标系  57
    3.2.3 模型规模  57-58
    3.2.4 材料参数  58
    3.2.5 模型的分组  58-62
  3.3 单元属性  62-66
    3.3.1 板单元属性  62-64
    3.3.2 梁单元属性  64-66
  3.4 边界条件处理  66
  3.5 设计载荷  66-71
    3.5.1 空船重量  67-69
    3.5.2 舷外水压力  69-71
  3.6 计算工况  71-74
第4章应力结果及强度分析  74-109
  4.1 许用应力  74
  4.2 应力计算结果  74-100
    4.2.1 40m_1挖砂船板单元应力结果及强度校核  74-77
    4.2.2 40m_1挖砂船梁单元应力结果及强度校核  77-78
    4.2.3 40m_2挖砂船板单元应力结果及强度校核  78-80
    4.2.4 40m_2挖砂船梁单元应力结果及强度校核  80-81
    4.2.5 50m挖砂船板单元应力结果及强度校核  81-84
    4.2.6 50m挖砂船梁单元应力结果及强度校核  84
    4.2.7 60m挖砂船板单元应力结果及强度校核  84-88
    4.2.8 60m挖砂船梁单元应力结果及强度校核  88-100
  4.3 计算结果分析  100-109
    4.3.1 全船模型最大应力值比较  100
    4.3.2 主要板架及构件在各工部下不同类型应力值对比  100-103
    4.3.3 分析  103-109
第5章结论与展望  109-111
  5.1 结论  109-110
  5.2 展望  110-111
致谢  111-112
参考文献  112-114

珠江上游水域挖砂船结构强度直接计算研究

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