本文關(guān)鍵詞：三體船波浪載荷研究與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元分析

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【摘要】：21世紀(jì)初，英國(guó)軍方開始研究三體船并將其作為未來(lái)軍艦替代型式，引起世界各國(guó)廣泛關(guān)注，關(guān)于三體船的各種研究開始蓬勃發(fā)展起來(lái)。三體船的設(shè)計(jì)理念是通過超瘦長(zhǎng)主體改進(jìn)船舶的阻力性能，提高快速性，并改善耐波性、操縱性等航行性能，在主體兩側(cè)布置片體解決主體穩(wěn)性不足的問題并增大甲板載貨面積。三體船的研究主要集中在阻力與適航性方面，特別是在阻力計(jì)算以及基于最小阻力原則的片體布局優(yōu)化等問題上研究較為深入，而關(guān)于三體船波浪載荷和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的研究相對(duì)較少。本文對(duì)三體船波浪載荷和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度特性兩方面進(jìn)行更深層次的分析探討，對(duì)現(xiàn)有的研究成果補(bǔ)足完善，主要工作有三項(xiàng)：系統(tǒng)分析三體船的各項(xiàng)基本波浪載荷特性；基于波浪載荷最小的片體布局優(yōu)化和航速優(yōu)選研究；考慮波浪動(dòng)壓力效應(yīng)和三體船的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)全船結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算，，研究分析三體船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度特性，得出對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度最有利的片體布局方案。 利用三維時(shí)域Rankine源法對(duì)三體船波浪載荷進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，結(jié)合北大西洋海浪資料進(jìn)行長(zhǎng)期預(yù)報(bào)，基于長(zhǎng)期預(yù)報(bào)的結(jié)果進(jìn)行波浪載荷特性和片體布局優(yōu)化、航速優(yōu)選研究。分析發(fā)現(xiàn)，與總縱彎曲相關(guān)的總縱彎矩和垂向剪力主要由主體決定，片體對(duì)其影響很��；總縱扭矩和連接橋載荷主要與片體相關(guān)，主體對(duì)其影響非常�。黄w距船尾35%L~40%L是基于波浪載荷最小的最佳片體布局方案；中高速（Fn=0.25~0.4）下三體船上的波浪載荷比較小，有利于三體船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。 對(duì)三體船的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的分析發(fā)現(xiàn)，總縱彎曲時(shí)，在三體船船中區(qū)域的上甲板和船底板上應(yīng)力很大，連接橋與主體連接端點(diǎn)出現(xiàn)應(yīng)力集中，不考慮應(yīng)力集中效應(yīng)，在船底板上出現(xiàn)最大應(yīng)力；縱向扭轉(zhuǎn)、橫向彎曲和橫向扭轉(zhuǎn)時(shí)，貫通艙與主體、連接橋下甲板相交點(diǎn)應(yīng)力最大；片體距船尾1/3L~1/2L是最有利于三體船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的布局方案。 本文綜合研究了三體船的波浪載荷和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度特性，得到的一些結(jié)論可為三體船的設(shè)計(jì)和進(jìn)一步研究提供技術(shù)參考。
【關(guān)鍵詞】：三體船 Rankine源時(shí)域法 波浪載荷 片體布局優(yōu)化 航速優(yōu)選 全船結(jié)構(gòu)有限元分析
【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)】：U674.951;U661.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-28
• 1.1 課題研究背景12-21
• 1.1.1 發(fā)展高性能船舶的必要12-13
• 1.1.2 三體船船型特點(diǎn)13-14
• 1.1.3 三體船性能優(yōu)點(diǎn)14-16
• 1.1.4 高速三體船發(fā)展概況16-21
• 1.2 高速三體船國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀21-26
• 1.2.1 引言21
• 1.2.2 阻力計(jì)算研究進(jìn)展21-22
• 1.2.3 三體船優(yōu)化研究進(jìn)展22-23
• 1.2.4 三體船運(yùn)動(dòng)與波浪載荷研究進(jìn)展23-25
• 1.2.5 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與設(shè)計(jì)研究進(jìn)展25-26
• 1.3 論文研究?jī)?nèi)容及意義26-28
• 第二章 三體船波浪載荷數(shù)值計(jì)算方法28-41
• 2.1 勢(shì)流理論基本假定28
• 2.2 坐標(biāo)系和運(yùn)動(dòng)量定義28-29
• 2.3 船舶在波浪中的運(yùn)動(dòng)和載荷響應(yīng)29-32
• 2.3.1 船舶穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)方程29-31
• 2.3.2 單位長(zhǎng)度船體上的剛體慣性力31
• 2.3.3 船體橫剖面內(nèi)的力和力矩31-32
• 2.4 三維時(shí)域 Rankine 源法32-40
• 2.4.1 基本數(shù)值方程33
• 2.4.2 線性邊界條件33-36
• 2.4.3 速度勢(shì)分解36-38
• 2.4.4 邊界積分方程與面元法38
• 2.4.5 速度勢(shì)的數(shù)值處理38-40
• 2.5 本章小結(jié)40-41
• 第三章 三體船的波浪載荷特性研究41-68
• 3.1 三體船波浪載荷特點(diǎn)41-42
• 3.1.1 船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與載荷41
• 3.1.2 三體船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與波浪載荷41-42
• 3.2 三體船波浪載荷計(jì)算分析42
• 3.3 波浪載荷預(yù)報(bào)研究42-46
• 3.3.1 運(yùn)動(dòng)方程的數(shù)值處理43-44
• 3.3.2 海浪譜形式44
• 3.3.3 短期預(yù)報(bào)44-45
• 3.3.4 海浪統(tǒng)計(jì)資料45
• 3.3.5 長(zhǎng)期預(yù)報(bào)45-46
• 3.4 三體船水動(dòng)力計(jì)算模型46-53
• 3.4.1 三體船船型參數(shù)46-48
• 3.4.2 水動(dòng)力模型48-51
• 3.4.3 波浪環(huán)境條件51
• 3.4.4 虛擬彈簧系統(tǒng)51-52
• 3.4.5 載荷計(jì)算參數(shù)52-53
• 3.5 數(shù)值結(jié)果與規(guī)范計(jì)算比較53-58
• 3.5.1 三體船波浪載荷規(guī)范公式53-55
• 3.5.2 數(shù)值與規(guī)范計(jì)算結(jié)果對(duì)比55-58
• 3.6 三體船波浪載荷特性58-66
• 3.6.1 沿船長(zhǎng)的分布特性分析58-61
• 3.6.2 隨浪向的分布特性分析61-63
• 3.6.3 幅頻響應(yīng)與設(shè)計(jì)波63-66
• 3.7 本章小結(jié)66-68
• 第四章 體布局和航速對(duì)波浪載荷的影響68-85
• 4.1 引言68-71
• 4.1.1 片體干擾以及航速效應(yīng)68
• 4.1.2 計(jì)算模型及參數(shù)設(shè)置68-71
• 4.2 片體位置和航速對(duì)總體載荷分布特性的影響71-74
• 4.2.1 沿船長(zhǎng)的分布的影響71-72
• 4.2.2 隨浪向的分布的影響72-74
• 4.3 片體位置和航速對(duì)縱向扭矩分布特性的影響74-76
• 4.3.1 沿船長(zhǎng)分布的影響74-76
• 4.3.2 隨浪向分布的影響76
• 4.4 片體位置和航速對(duì)連接橋載荷分布特性的影響76-78
• 4.5 片體位置對(duì)載荷大小的影響78-80
• 4.6 航速對(duì)載荷大小的的影響80-81
• 4.7 片體位置及航速影響系數(shù)研究81-84
• 4.8 本章小結(jié)84-85
• 第五章 三體船的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元分析85-106
• 5.1 引言85
• 5.2 實(shí)船結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)85-87
• 5.3 全船結(jié)構(gòu)有限元模型87-90
• 5.3.1 單元特性87-88
• 5.3.2 有限元模型88-89
• 5.3.3 邊界條件89-90
• 5.4 載荷加載工況90-92
• 5.4.1 等效設(shè)計(jì)波法90
• 5.4.2 設(shè)計(jì)波參數(shù)90-91
• 5.4.3 設(shè)計(jì)波下剖面載荷91-92
• 5.5 三體船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度特性分析92-96
• 5.5.1 總縱彎曲工況 LC1 分析92-94
• 5.5.2 橫向彎曲工況 LC3 分析94-96
• 5.6 基于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的片體布局優(yōu)化96-104
• 5.6.1 引言96-97
• 5.6.2 計(jì)算模型及參數(shù)97-98
• 5.6.3 總縱彎曲強(qiáng)度比較分析98-100
• 5.6.4 總縱扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度比較分析100-102
• 5.6.5 橫向彎扭強(qiáng)度比較分析102-104
• 5.7 本章小結(jié)104-106
• 第六章 總結(jié)與展望106-109
• 6.1 主要工作與創(chuàng)新點(diǎn)106-108
• 6.2 后續(xù)研究工作108-109
• 參考文獻(xiàn)109-114
• 致謝114-116
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文116

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：561823