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超大型矿砂船结构优化设计研究
作 者: 沙明文
导 师: 马骏
学 校: 大连理工大学
专 业: 船舶与海洋工程
关键词: 矿砂船 结构设计 结构优化 规范设计 有限元分析
分类号: U674.134.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要
矿砂船是专门用于载运散装矿砂的船舶,是一种单向运输的散装货船。我国2007年之前在设计、建造方面属于空白;近年我国为了确保国家战略物资运输的主动权,设计建造了一批超大型矿砂船。在此背景下,研究矿砂船的自主设计,掌握其核心技术就显得至关重要。超大型矿砂船运输的货物是密度很大的矿砂,对船体结构强度的要求非常高,结构安全性至关重要;同时作为衡量结构设计成功与否的主要标杆,空船重量是船舶的重要技术指标之一。对于船体结构设计而言,追求的是提高钢材使用效率、提高船舶经济性,在满足规范要求的前提下以降低结构重量,降低设计成本。这也是结构设计是否成功的标志。保证结构安全前提下的结构设计和优化,主要依据是各种公约和船级社规范;手段主要是规范校核和有限元分析验证。有限元分析在当前的船舶结构设计优化中所占的比例越来越大,除了规范计算中能根据梁理论决定的构件尺寸以外,主要构件都需要经过有限元分析验证。船舶结构设计首先是要满足使用功能和结构安全性,然后是结构优化,达到经济指标先进。要达到结构安全并优化,需要对船体梁的总纵弯矩、剪力进行设计验证;局部结构节点需要满足局部结构强度要求。考察结构强度的方面通常是正应力和剪应力不超过许用值;结构构件在满足使用载荷的情况下不发生屈曲;船体构件疲劳寿命达到设计年限。论文的成果是经优化的船体结构重量指标非常先进,并且相关已经经过实船验证,论文研究所依托的30万吨矿砂船共9条已经全部交工,并运行良好。
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全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-8 1 绪论 8-14 1.1 30万吨矿砂船货舱结构设计研究的意义 8-9 1.2 30万吨矿砂船货舱结构设计的设计依据和设计方法 9 1.3 矿砂船货舱区结构设计研究现状 9-10 1.4 本论文的主要内容 10-14 2 30万吨矿砂船货舱结构规范设计概述 14-52 2.1 典型横剖面规范设计概述 14-25 2.1.1 30万吨矿砂船的典型横剖面规范设计 15-17 2.1.2 30万吨矿砂船纵向构件的材料选择 17-19 2.1.3 中剖面模数计算 19-20 2.1.4 舯剖面局部构件的规范设计 20-25 2.2 水密横舱壁规范设计概述 25-27 2.3 总纵强度设计 27-31 2.3.1 总纵弯曲强度设计 27-29 2.3.2 总纵剪力强度设计 29-31 2.4 局部强度要求 31-39 2.4.1 矿砂船货舱设计装载质量 31 2.4.2 载荷 31-32 2.4.3 各结构部位的构件尺寸要求 32-39 2.5 系泊设备加强设计方法 39-52 2.5.1 系泊加强设计分析的力学模型 39-42 2.5.2 加强结构的手工计算 42-44 2.5.3 三维梁系计算(3D-Beam)计算 44-46 2.5.4 导缆孔 46-48 2.5.5 系泊绞车 48-49 2.5.6 水平导缆滚轮 49 2.5.7 结论和应注意要点 49-52 3 货舱区结构有限元分析 52-78 3.1 矿砂船的横向结构特点以及受力特点 52-53 3.1.1 典型的横向结构形式 52-53 3.1.2 典型的受力特点 53 3.2 矿砂船货舱有限元分析的载荷以及工况 53-61 3.2.1 分析载荷 53-57 3.2.2 分析工况介绍 57-61 3.3 典型结构的结构评估 61-78 3.3.1 评估方法和依据 61-63 3.3.2 典型部位结构评估以及结构处理 63-78 结论 78-80 参考文献 80-82 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 82-84 致谢 84-85
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中图分类: > 交通运输 > 水路运输 > 船舶工程 > 各种船舶 > 运输船 > 货船 > 散货船 > 矿砂船
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