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内河甲板驳船的加宽改装结构强度研究

作　者: 刘磊
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: 甲板驳船改装结构强度有限元分析 Patran
分类号: U672.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

黑龙江为国家高等级航道，沿江有丰富的森林、煤炭、矿产、建材等资源，航运是沿江大宗货物主要的运输方式之一。随着国家老工业基地振兴政策实施及对外贸易的发展，黑龙江水运量有了较大幅度的增长。在黑龙江水系，由1000t甲板驳船组成的顶推船队成为该航区的主力船型。甲板驳是以装卸煤炭、矿石、木材和钢材等大宗散装货物为主的甲板运输船，通常不设置货舱、在甲板载货区上堆放货物、甲板的四周设有挡货围板。非自航甲板驳船本身没有动力，船体结构形式简单、建造方便且造价低，同时其装载量很大，且不受货物形式的限制，货物装卸方便。这些经济上的优点，使其受到众多船东的青睐。同时，由于其吃水浅，载货量大等特点使其广泛应用于内河运输。为了提高黑龙江水系的航运能力和运输的经济效率，需要更大载货量的甲板驳船来完成货物运输，重新设计新的船型成本高周期长，在现有甲板驳的基础上进行改装就成为首选方案。本课题对1000t级甲板驳船进行改装使其达到2000t级的载重量。考虑到黑龙江上游航道狭窄，中游枯水期水较浅等因素，不宜增加甲板驳的船长和吃水，要想达到2000t载重量，就需要对船舶加宽。本文对1000t甲板驳船船宽增加一倍，横向构件数量和结构形式不变，纵向构件在保留相同的结构形式的基础上增加构件数量。加宽后的船舶长宽比小于3.5，宽深比大于5，超出规范对主尺度比的要求，需要对其结构进行直接计算。本文应用MSC.Patran对母型船和改装船分别建立全船有限元模型，利用三维水动力软件计算不同工况下的波浪载荷并加载于全船模型上，然后用MSC.Nastran对全船进行有限元直接计算，用计算结果进行船体结构强度的校核。校核结果表明母型船和改装船结构强度都满足规范的要求并留有一定的裕度。同时，对两船的计算结果进行了对比分析，得出各构件的应力和应变变化规律。通过对两船结构强度的研究得出：对现有甲板驳船进行加宽改装是合理可行的方法。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-15
  1.1 研究背景和意义  10-11
  1.2 与本课题有关的国内外研究现状  11-14
  1.3 课题的来源  14
  1.4 本文研究内容及方法  14-15
第2章船舶总体强度研究方法  15-24
  2.1 船舶强度理论  15-17
    2.1.1 总纵强度  15-16
    2.1.2 横向强度  16
    2.1.3 扭转强度  16-17
  2.2 船舶设计基本方法  17
  2.3 船体强度研究方法  17-18
  2.4 结构强度有限元分析方法  18-23
    2.4.1 有限元分析方法简介  18-22
    2.4.2 全船有限元分析的处理过程  22-23
    2.4.3 全船有限元分析的意义  23
  2.5 本章小结  23-24
第3章船舶模型建立  24-32
  3.1 船体结构  24-26
    3.1.1 主要尺度及参数  24
    3.1.2 结构形式  24-26
  3.2 限元模型的建立  26-28
    3.2.1 船体外壳的建立  26-27
    3.2.2 单元和网格  27-28
    3.2.3 定义材料属性  28
    3.2.4 给模型附属性  28
  3.3 模型信息  28-31
    3.3.1 坐标系  28-29
    3.3.2 单位制定义  29
    3.3.3 符号定义  29
    3.3.4 模型规模  29-30
    3.3.5 分组情况  30
    3.3.6 模型范围  30-31
  3.4 本章小结  31-32
第4章边界条件、计算工况及载荷  32-42
  4.1 边界条件  32
  4.2 计算工况  32-33
    4.2.1 装载工况的选取  32-33
    4.2.2 波浪载荷工况的选取  33
    4.2.3 计算工况的确定  33
  4.3 船舶总纵强度载荷计算  33-35
    4.3.1 静水载荷计算  34
    4.3.2 波浪载荷计算  34-35
  4.4 计算载荷  35-41
    4.4.1 空船重量  35
    4.4.2 货物压力  35-37
    4.4.3 舷外水压力  37-41
  4.5 本章小结  41-42
第5章计算结果及分析  42-67
  5.1 应力取值方法  42
  5.2 许用应力  42-43
  5.3 板单元强度校核  43-59
    5.3.1 板单元强度校核结果  43-59
    5.3.2 板单元强度校核结果分析  59
  5.4 梁单元强度校核  59-63
    5.4.1 板单元强度校核结果  59-63
    5.4.2 梁单元强度校核结果分析  63
  5.5 位移计算结果与分析  63-66
  5.6 本章小结  66-67
第6章结论与展望  67-69
  6.1 结论  67
  6.2 不足与展望  67-69
参考文献  69-72
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  72-73
致谢  73

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