本文關(guān)鍵詞：散貨船結(jié)構(gòu)輕量化及振動(dòng)控制研究

  更多相關(guān)文章： 船舶輕量化 動(dòng)力學(xué)分析 多剛體等效模型 參數(shù)化建模 多目標(biāo)優(yōu)化

【摘要】：面對(duì)越來(lái)越嚴(yán)重的環(huán)境和能源問(wèn)題,船舶輕量化的重要性日益凸顯。從局部艙段到整船,國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用有限元方法及各類有限元軟件進(jìn)行了大量研究。參數(shù)化的應(yīng)用使船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化取得了較大的發(fā)展,提高了研究效率,獲得了更好的效果。經(jīng)過(guò)閱讀文獻(xiàn)、仔細(xì)思考,可以發(fā)現(xiàn)在船舶結(jié)構(gòu)輕量化方面,依然存在著不少值得深入研究的地方,特別是形成一種能夠解決一系列類似問(wèn)題的指導(dǎo)方法,因此針對(duì)有限元分析的缺點(diǎn)與不足,本文以一艘54m機(jī)動(dòng)散貨船為研究對(duì)象,對(duì)以下幾個(gè)部分進(jìn)行了研究,以此希望對(duì)船舶結(jié)構(gòu)輕量化研究提供更多有價(jià)值的參考。(1)全船動(dòng)力特性分析。建立了全船有限元模型,確定了邊界條件,計(jì)算了船舶激振頻率禁區(qū)、附連水質(zhì)量,進(jìn)行了全船動(dòng)力特性分析,得出了散貨船全船的固有頻率。結(jié)果表明該船舶還有一定的優(yōu)化空間。(2)散貨船分段剛體等效模型的建立。提出了一種新的等效方法,將彈性船體模型轉(zhuǎn)換為分段剛體模型,成功引入到多剛體動(dòng)力學(xué)軟件,使模型可在多剛體動(dòng)力學(xué)軟件中進(jìn)行分析,達(dá)到既減小模型規(guī)模、加快分析速度,又可加入多種影響因素的目的。此等效方法既保留了傳統(tǒng)傳遞矩陣法的傳遞思想,可以達(dá)到工程精度要求,又使分析對(duì)象保持了原本的幾何形狀,保證了船體等效為剛體后在多剛體動(dòng)力學(xué)軟件中運(yùn)行的必要條件與意義。本文從理論上詳細(xì)論述了分段剛體等效思想,選用桿、軸、梁模型進(jìn)行了等效方法可行性與有效性的驗(yàn)證。其后研究了散貨船機(jī)艙主要機(jī)械設(shè)備、附連水質(zhì)量、邊界條件的等效方法,確定了散貨船等效成分段剛體時(shí)原始數(shù)據(jù)的選取規(guī)則,進(jìn)而建立了散貨船的分段剛體模型。(3)散貨船分段剛體模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)。通過(guò)分析船體實(shí)際結(jié)構(gòu),選取了縱、橫向主要骨材構(gòu)件的長(zhǎng)、寬、高作為設(shè)計(jì)變量,將全船構(gòu)件分組,編寫了各個(gè)構(gòu)件的表達(dá)式,總結(jié)了通用的表示方法,獲得了參數(shù)化的散貨船分段剛體模型。當(dāng)骨材構(gòu)件的長(zhǎng)、寬、高任一尺寸發(fā)生變化時(shí),模型屬性皆可作出相應(yīng)改變。進(jìn)行了設(shè)計(jì)變量的靈敏度分析,篩選出了對(duì)于質(zhì)量、固有頻率靈敏度較大的設(shè)計(jì)變量,將其作為最終的全船輕量化設(shè)計(jì)變量。建立了效果顯著且快捷實(shí)用的分段剛體參數(shù)化模型,為參數(shù)化優(yōu)化提供了基礎(chǔ)。(4)散貨船的多目標(biāo)優(yōu)化。闡述了優(yōu)化的步驟,介紹了多目標(biāo)優(yōu)化的優(yōu)點(diǎn),計(jì)算了全船外板、骨材構(gòu)件尺寸約束條件,選擇了全船質(zhì)量最輕和第二階固有頻率最小作為優(yōu)化目標(biāo),進(jìn)行了散貨船輕量化和被動(dòng)振動(dòng)控制研究。獲得了既滿足質(zhì)量最輕又使第二階固有頻率最小優(yōu)化的質(zhì)量結(jié)果、頻率結(jié)果及相應(yīng)構(gòu)件的尺寸。結(jié)果表明,散貨船總質(zhì)量減少了2.7%;第二階固有頻率減少了3.1%。進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化,既可減少船舶總質(zhì)量,在動(dòng)力學(xué)上又增加了頻率儲(chǔ)備。(5)全船靜力強(qiáng)度的校核。對(duì)優(yōu)化后的散貨船模型進(jìn)行了有限元強(qiáng)度校核,檢驗(yàn)優(yōu)化后的外板、骨材尺寸能否達(dá)到強(qiáng)度要求。結(jié)果表明優(yōu)化后的船舶性能符合規(guī)范要求,同時(shí)所得結(jié)果也說(shuō)明了所用輕量化方法不僅有著較好的可行性,還有著巨大的工程價(jià)值和社會(huì)意義。(6)相對(duì)移動(dòng)的物體與船舶相互作用的研究�？偨Y(jié)并計(jì)算了散貨船受到的各種振動(dòng)激勵(lì),將其等效后添加在分段剛體等效模型上。利用充液系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的理論,將壓載水分為三種情況進(jìn)行等效,等效為固定質(zhì)量塊和單擺的形式;貨物的等效則以貨物重心移動(dòng)的軌跡為約束,建立了晃動(dòng)的壓載水與相對(duì)移動(dòng)貨物等效模型,探討了相對(duì)移動(dòng)的物體與散貨船的互相影響。針對(duì)船舶橫搖運(yùn)動(dòng),對(duì)比了不同貨物模擬方法的區(qū)別,驗(yàn)證了壓載水對(duì)維持船舶穩(wěn)性的作用。校核優(yōu)化后的船舶穩(wěn)性,結(jié)果表明,優(yōu)化后船舶穩(wěn)性良好,滿足規(guī)范要求與實(shí)際需要。
【關(guān)鍵詞】：船舶輕量化 動(dòng)力學(xué)分析 多剛體等效模型 參數(shù)化建模 多目標(biāo)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：濟(jì)南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U674.134
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 課題研究背景及意義12-13
• 1.2 輕量化的研究現(xiàn)狀13
• 1.3 船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究現(xiàn)狀13-17
• 1.3.1 有限元法在船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究14-15
• 1.3.2 船舶的參數(shù)化建模15-16
• 1.3.3 靈敏度分析16-17
• 1.4 船舶的受力分析17-18
• 1.5 船舶模型的簡(jiǎn)化18-19
• 1.6 多剛體動(dòng)力學(xué)的研究現(xiàn)狀19-20
• 1.7 振動(dòng)控制20-21
• 1.8 本文主要研究?jī)?nèi)容21-22
• 1.9 本章小結(jié)22-24
• 第二章 全船有限元分析24-38
• 2.1 有限元的基本思想24-25
• 2.2 船舶的主要參數(shù)25-26
• 2.3 全船有限元模型26-27
• 2.4 全船動(dòng)力特性分析27-37
• 2.4.1 附連水的計(jì)算28-33
• 2.4.2 邊界條件33
• 2.4.3 船舶激振頻率禁區(qū)33-35
• 2.4.4 全船動(dòng)力特性分析結(jié)果35-37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 第三章 散貨船分段剛體模型的建立38-64
• 3.1 懸臂梁模型的驗(yàn)證39-49
• 3.1.1 桿的縱向拉伸模型39-42
• 3.1.2 軸的扭轉(zhuǎn)模型42-45
• 3.1.3 懸臂梁的彎曲模型45-48
• 3.1.4 ADAMS中分段剛體模型的實(shí)現(xiàn)及模型檢驗(yàn)48-49
• 3.2 散貨船分段剛體模型的建立49-63
• 3.2.1 機(jī)艙主要機(jī)械設(shè)備的建立50-52
• 3.2.2 分段模型的附連水質(zhì)量52-59
• 3.2.3 邊界條件的建立59
• 3.2.4 原始數(shù)據(jù)的選取規(guī)則59-60
• 3.2.5 全船分段剛體模型的振動(dòng)分析結(jié)果60-63
• 3.3 本章小結(jié)63-64
• 第四章 散貨船分段剛體模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)64-74
• 4.1 參數(shù)化設(shè)計(jì)64-68
• 4.2 參數(shù)化分析68-70
• 4.3 靈敏度分析70-72
• 4.4 本章小結(jié)72-74
• 第五章 全船結(jié)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化74-86
• 5.1 多目標(biāo)優(yōu)化的基本理論74-75
• 5.1.1 多目標(biāo)優(yōu)化要素74-75
• 5.1.2 優(yōu)化問(wèn)題的處理步驟75
• 5.2 全船結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究75-84
• 5.2.1 全船構(gòu)件尺寸約束75-78
• 5.2.2 全船結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程78-82
• 5.2.3 全船優(yōu)化結(jié)果及分析82-84
• 5.3 本章小結(jié)84-86
• 第六章 全船有限元靜力強(qiáng)度校核86-92
• 6.1 載荷86-88
• 6.2 強(qiáng)度準(zhǔn)則88
• 6.3 靜力分析結(jié)果88-91
• 6.4 本章小結(jié)91-92
• 第七章 振動(dòng)激勵(lì)92-100
• 7.1 螺旋槳激勵(lì)92-94
• 7.2 柴油機(jī)激勵(lì)94-96
• 7.3 波浪激勵(lì)96-98
• 7.4 其他激勵(lì)98
• 7.5 在模型上的添加方法98-99
• 7.6 本章小結(jié)99-100
• 第八章 相對(duì)移動(dòng)的物體100-122
• 8.1 壓載水的等效100-110
• 8.2 貨物的等效110-116
• 8.3 相對(duì)移動(dòng)的物體與散貨船的互相影響116-120
• 8.4 本章小結(jié)120-122
• 第九章 總結(jié)與展望122-126
• 9.1 總結(jié)122-123
• 9.2 論文的創(chuàng)新性及意義123-124
• 9.3 展望124-126
• 參考文獻(xiàn)126-132
• 致謝132-134
• 附錄 碩士期間的成果和獎(jiǎng)勵(lì)134

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