積木方舟是一種新型多功能船舶,也是我國(guó)建造的第一艘造價(jià)較低、可拆解、便攜、用途廣泛的全新船型。該船由尖頭浮體,浮體,連接體,L型甲板,Z型甲板,U型甲板、擋板、護(hù)板和蓋板等拼裝而成。積木方舟是一種類似于雙體船的全新船型,相對(duì)于其他船舶和水上產(chǎn)品積木方舟都具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值。與充氣船比較,積木方舟安全性能更高,強(qiáng)度和剛度更高;與金屬船和木質(zhì)船比較,更輕便、更耐腐蝕、便于轉(zhuǎn)移水域使用且柔韌性更好。長(zhǎng)度可通過(guò)拼裝節(jié)數(shù)自由改變,靈活性高,可以作為浮橋。方舟的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)工況下的外部載荷都比較復(fù)雜,所以目前關(guān)于積木方舟結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的直接計(jì)算尚無(wú)先例。使用基于有限元理論的直接計(jì)算法,在有限元模型進(jìn)行合理建立的基礎(chǔ)上,可以有效而快速地求出整船的應(yīng)力狀態(tài)。因此基于有限元理論而產(chǎn)生的船舶強(qiáng)計(jì)算方法,改善了校核船體強(qiáng)度僅使用傳統(tǒng)的梁理論的方法。本文對(duì)積木方舟的有限元計(jì)算,是在以上前提下進(jìn)行。主要內(nèi)容如下:(1)本文首先從雙體船發(fā)展入手,探究了雙體船的研究現(xiàn)狀,對(duì)雙體船船型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和其總體性能進(jìn)行了詳細(xì)分析。對(duì)本文運(yùn)用的有限元仿真軟件進(jìn)行了說(shuō)明,闡述了有限元法在船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算中的應(yīng)用。(2)通過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié),分析比較后確定了方舟的材料。根據(jù)初始簡(jiǎn)化模型確定了積木方舟各個(gè)組件的尺寸與結(jié)構(gòu),并用Solidworks軟件設(shè)計(jì)繪制了船體各組件的三維模型、部分組件裝配體和總裝配體。(3)對(duì)方舟進(jìn)行受力分析、網(wǎng)格劃分、載荷和約束施加,運(yùn)用有限元軟件先進(jìn)行了積木方舟靜載荷下部分組件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的有限元分析,計(jì)算結(jié)果對(duì)照強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn),對(duì)不滿足強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的組件和結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷改進(jìn),最終滿足了強(qiáng)度要求。(4)最后對(duì)積木方舟在中拱、中垂、迎浪等六種不同工況條件下,用ANSYS軟件進(jìn)行了整船體的有限元強(qiáng)度計(jì)算。包括積木方舟在六種工況下的工況分析,外載荷分析及載荷公式推導(dǎo)和計(jì)算,求解模型的簡(jiǎn)化,整船模型的網(wǎng)格化分與網(wǎng)格優(yōu)化,約束和載荷的施加等。求解出船體結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力,并與相應(yīng)的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較對(duì)船體強(qiáng)度做出判斷,對(duì)不滿足強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的組件和結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。經(jīng)過(guò)計(jì)算和改進(jìn),最終使積木方舟的結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)工況下滿足強(qiáng)度條件,為今后積木方舟進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了參考。
【學(xué)位單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U661.43
【文章目錄】：
摘要
abstract
1 緒論
    1.1 本課題的選題背景
    1.2 雙體船發(fā)展與國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 船舶發(fā)展現(xiàn)狀分析
        1.2.2 國(guó)內(nèi)外的民用船舶發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.3 雙體船的發(fā)展
        1.2.4 研究現(xiàn)狀
    1.3 積木方舟相對(duì)于其他船舶的優(yōu)勢(shì)
    1.4 本課題的內(nèi)容和目的
        1.4.1 研究的主要內(nèi)容
        1.4.2 選題目的
2 有限元法及其在船舶強(qiáng)度計(jì)算方面的應(yīng)用
    2.1 有限元法
        2.1.1 有限元法的由來(lái)與發(fā)展
        2.1.2 有限元法原理
    2.2 直接計(jì)算法的基本方程
        2.2.1 基本方程的矩陣形式
        2.2.2 平面應(yīng)力問(wèn)題及其基本方程式
    2.3 有限元的解題方法
    2.4 有限元法在船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
    2.5 ANSYS
3 積木方舟的三維模型和材料
    3.1 方舟可行性實(shí)驗(yàn)
        3.1.1 初始簡(jiǎn)化模型
        3.1.2 方舟實(shí)體模型實(shí)驗(yàn)
    3.2 積木方舟的材料
    3.3 方舟結(jié)構(gòu)和三維模型
    3.4 掛槳機(jī)
    3.5 本章小節(jié)
4 積木方舟組件的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析
    4.1 積木方舟求解組件
    4.2 前處理階段
    4.3 求解、后處理和模型改進(jìn)
    4.4 本章小結(jié)
5 不同工況下積木方舟整體強(qiáng)度分析
    5.1 積木方舟的外載荷計(jì)算
        5.1.1 外載荷分析
        5.1.2 船體總強(qiáng)度的外載荷計(jì)算
    5.2 工況分析、網(wǎng)格劃分及約束和載荷施加
        5.2.1 總強(qiáng)度計(jì)算分析工況
        5.2.2 整船網(wǎng)格劃分與優(yōu)化
        5.2.3 有限元模型的邊界條件
        5.2.4 整船模型的加載
    5.3 整船總強(qiáng)度有限元分析
    5.4 本章小節(jié)
6 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2893840