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散货船内底受抓斗冲击力的强度分析

作　者: 郗彤彤
导　师: 张乐山
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 船舶与海洋工程
关键词: 抓斗 散货船 冲击载荷 加筋板
分类号: U674.134
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 8次
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内容摘要


散货船是专门运输散装货物的船舶。随着全球贸易的发展，散货船的尺寸不断增大，这导致船舶在港口的装卸货时间相应延长。为了提高船舶的经济性，需要提高港口的装卸效率，因此，港口装卸货物速度较快，且多采用大抓斗。大抓斗的自重很大，撞击到内底上会对内底板产生很大的冲击作用，容易造成内底板的塑性变形，导致金属涂层脱落，甚至结构破损，降低船舶使用寿命。因此，本论文旨在研究双层底散货船卸货过程中，在抓斗冲击力作用下的内底板结构强度。本文对散货船结构共同规范（CSR）及各船级社有关考虑抓斗作用的内底板厚公式进行了比较。应用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对散货船卸货过程中，抓斗与散货船双层底的内底碰撞过程进行了分析。对抓斗与内底的不同位置碰撞时，结构的碰撞区域变形、碰撞力以及能量吸收等碰撞性能进行了研究。并将内底板厚改为满足CSR的最小值，模拟抓斗对散货船内底的冲击，通过数值结果说明内底板厚的设定要考虑抓斗作用的必要性。此外，将双层底简化为简单的加筋板，对不同工况的加筋板与抓斗的碰撞进行分析。将单点碰撞时的计算结果与加筋板碰撞试验结果及所得公式进行比较，以此验证数值计算的正确性。本文通过大量的参数数值计算，根据所得数据，研究内底板厚与抓斗重量、抓斗下降速度、内底板最小屈服应力之间的相关性。将所有因素无量纲化，研究无量纲参数与加筋板板壳永久变形的关系，为今后有关规范的改进提供了简便适用的计算公式。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-16
  1.1 立题的背景和研究意义  10-12
  1.2 国内外研究现状  12-15
    1.2.1 船舶与海洋工程碰撞现状研究  12-13
    1.2.2 加筋板现状研究  13-15
  1.3 本文的主要研究内容  15-16
第2章 抓斗及相关规范  16-26
  2.1 散货船  16-17
  2.2 卸货作业方式  17-18
  2.3 抓斗  18-21
    2.3.1 抓斗分类  18-20
    2.3.2 双颚式抓斗  20-21
  2.4 相关规范  21-25
    2.4.1 散货船共同规范  21-22
    2.4.2 船级社相关规范  22-24
    2.4.3 基于规范的最小板厚比较  24-25
  2.5 本章小结  25-26
第3章 塑性及有限元理论  26-34
  3.1 弹塑性理论  26-28
  3.2 冲击问题的数值模拟方法  28-31
    3.2.1 Lagrange 和 Euler 算法  29
    3.2.2 隐式和显式积分法  29-31
  3.3 ANSYS/LS-DYNA 介绍  31-33
    3.3.1 数值仿真中的单元特性  32
    3.3.2 数值仿真中的材料模型  32-33
    3.3.3 数值仿真中的接触问题  33
  3.4 本章小结  33-34
第4章 抓斗对散货船双层底冲击问题分析  34-44
  4.1 模型的选取  34-37
    4.1.1 散货船模型  34-35
    4.1.2 抓斗模型的选取  35-37
  4.2 边界条件  37
  4.3 碰撞数值模拟  37-41
    4.3.1 碰撞位置选取  37-38
    4.3.2 碰撞区结构变形  38-39
    4.3.3 碰撞力  39
    4.3.4 能量的吸收和转换  39-41
  4.4 不同内底板厚的变形  41-43
    4.4.1 工况的选取  41-42
    4.4.2 内底板变形  42-43
  4.5 本章小结  43-44
第5章 碰撞参数对板厚的影响  44-62
  5.1 模型的选取  44-45
  5.2 准确性验证  45-48
    5.2.1 板壳变形公式  45-46
    5.2.2 模型及结果对比  46-48
  5.3 有限元模型  48
  5.4 数值模拟结果分析  48-54
    5.4.1 碰撞区结构损伤变形  49-51
    5.4.2 碰撞力  51-52
    5.4.3 碰撞能量分析  52-54
  5.5 不同因素对内底板变形的影响  54-60
    5.5.1 抓斗下降速度对变形的影响  54-55
    5.5.2 抓斗质量对变形的影响  55-57
    5.5.3 材料屈服应力对变形的影响  57-58
    5.5.4 无量纲因素与板壳永久变形关系  58-60
  5.6 内底板厚公式  60-61
  5.7 本章小结  61-62
结论  62-64
参考文献  64-68
致谢  68

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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
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