本文關(guān)鍵詞：VLCC前置導(dǎo)管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度分析

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【摘要】：隨著船舶燃料價(jià)格的上漲,越來越多的商船采用節(jié)能裝置以提高螺旋槳效率,減少燃油消耗。前置導(dǎo)管因其結(jié)構(gòu)簡單,安裝方便,節(jié)能效果明顯等特點(diǎn),是目前國內(nèi)新造商船采用最為廣泛的一款節(jié)能裝置。但是前置導(dǎo)管與船體連接處發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞的事故時(shí)有發(fā)生,特別是隨著船舶大型化發(fā)展,前置導(dǎo)管的尺寸也相應(yīng)變得巨大,伴隨而來的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,振動(dòng)問題日益突出。 目前國內(nèi)外船級(jí)社針對(duì)前置導(dǎo)管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)證的規(guī)范尚屬空白。日韓等國對(duì)前置導(dǎo)管等節(jié)能裝置結(jié)構(gòu)的研究比較成熟,但是對(duì)外保密。國內(nèi)曾有工程師對(duì)前置導(dǎo)管的振動(dòng)性能進(jìn)行分析,但是對(duì)前置導(dǎo)管的載荷定量,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評(píng)估鮮有研究。因此,針對(duì)大型前置導(dǎo)管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的研究,對(duì)促進(jìn)大型節(jié)能裝置的廣泛使用和提高大型船舶航行的經(jīng)濟(jì)性、安全性具有重要意義。 本文以超大型原油船(VLCC)為載體,研究前置導(dǎo)管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法,并設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)安全可靠的前置導(dǎo)管裝置。 由于前置導(dǎo)管處于螺旋槳激振力作用范圍,而且艉部流場也很復(fù)雜,因此導(dǎo)管將承受很大的振動(dòng)影響,如果設(shè)計(jì)不當(dāng)產(chǎn)生共振,就會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性損壞,甚至?xí)茐穆菪龢�。因此本文�?duì)前置導(dǎo)管的共振風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。應(yīng)用有限元法和流體邊界元法得到導(dǎo)管在空氣中和水中的固有頻率和振型,并對(duì)不同的加強(qiáng)方案進(jìn)行比較分析,最終確定合適的導(dǎo)管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。 根據(jù)IACS共同結(jié)構(gòu)規(guī)范(CSR)及德國勞氏船級(jí)社(GL RULES)中對(duì)船體載荷的要求,對(duì)前置導(dǎo)管結(jié)構(gòu)在實(shí)際運(yùn)營中可能受到的載荷進(jìn)行定量分析。這些載荷包括船體三向運(yùn)動(dòng)時(shí)引起的慣性力,不同浪向下的水動(dòng)力,縱搖時(shí)受到的尾部砰擊載荷,以及橫流作用下受到的側(cè)向力。通過建立前置導(dǎo)管三維有限元模型,根據(jù)不同載荷組合對(duì)導(dǎo)管結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平進(jìn)行有限元分析校核。并利用簡單的力學(xué)模型,探討了導(dǎo)管剖面設(shè)計(jì)的方法和剖面模數(shù)估算公式,經(jīng)有限元分析驗(yàn)證,結(jié)果令人滿意,表明該方法對(duì)解決實(shí)際工程問題有一定的參考價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：前置導(dǎo)管 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 載荷計(jì)算 強(qiáng)度有限元分析 模態(tài)分析
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U664
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 1 緒論12-19
• 1.1 引言12-13
• 1.2 節(jié)能裝置的種類13-16
• 1.3 前置導(dǎo)管的應(yīng)用16-17
• 1.4 本研究的目的和意義17
• 1.5 本研究的工作內(nèi)容17-19
• 2 前置導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)19-25
• 2.1 導(dǎo)管主要尺寸19
• 2.2 導(dǎo)管外形19-22
• 2.3 導(dǎo)管結(jié)構(gòu)形式22-25
• 3 模態(tài)特性評(píng)估與分析25-39
• 3.1 結(jié)構(gòu)模態(tài)分析的理論基礎(chǔ)25-27
• 3.1.1 結(jié)構(gòu)模態(tài)分析的概念25-26
• 3.1.2 結(jié)構(gòu)模態(tài)分析的理論26-27
• 3.2 前置導(dǎo)管的有限元模態(tài)計(jì)算27-39
• 3.2.1 有限元模型的建立27-31
• 3.2.2 附連水的影響31-33
• 3.2.3 前置導(dǎo)管的模態(tài)計(jì)算33-37
• 3.2.4 前置導(dǎo)管的模態(tài)分析37-39
• 4 強(qiáng)度分析39-58
• 4.1 載荷計(jì)算39-50
• 4.1.1 慣性力39-43
• 4.1.2 波浪動(dòng)壓力43-45
• 4.1.3 尾部砰擊載荷45-48
• 4.1.4 導(dǎo)管側(cè)向推力48-50
• 4.2 應(yīng)力計(jì)算50-54
• 4.2.1 分析方法及計(jì)算軟件50
• 4.2.2 有限元模型的建立50-53
• 4.2.3 載荷及工況53-54
• 4.3 強(qiáng)度評(píng)估54-58
• 4.3.1 應(yīng)力衡準(zhǔn)54
• 4.3.2 計(jì)算結(jié)果54-57
• 4.3.3 結(jié)果分析57-58
• 5 簡化模型的計(jì)算58-70
• 5.1 計(jì)算原理58
• 5.2 模型的建立58-59
• 5.3 平衡方程的建立及求解59-63
• 5.4 彎矩估算公式63
• 5.5 彎矩估算公式驗(yàn)證63-69
• 5.5.1 應(yīng)用估算公式計(jì)算63-66
• 5.5.2 有限元分析結(jié)果比較66-69
• 5.6 導(dǎo)管剖面設(shè)計(jì)方法69-70
• 6 總結(jié)與展望70-76
• 參考文獻(xiàn)76-78
• 致謝78-79
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄79-80
• 附件80

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1071088