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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
下 载: 10次
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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。

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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