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超大型集装箱船结构强度直接计算研究
| 论文题名： | 超大型集装箱船结构强度直接计算研究 |
| 关键词： | 集装箱船;波激振动;疲劳强度;结构力学 |
| 摘要： | 近年来，世界经济快速发展，国际间贸易不断增长，对集装箱运输的需求也日益提高，此外各大集装箱航运公司追求规模效应，推动了箱船向大型化趋势发展。集装箱船本身具有大开口、刚度低和航速高等特点，船体强度和疲劳强度问题突出，大型化对其结构安全带来了更大的考验，传统船体梁理论不再适用，因此有必要开展针对超大型集装箱船结构强度直接计算的相关研究。 本研究首先基于三维线性势流理论，采用等效设计波法，对目标船进行了波浪载荷直接预报，并与规范值进行对比，最终确定了用于评估全船结构强度的波浪载荷。然后研究目标船弯扭联合作用下的结构响应特性，对其屈服强度进行评估，筛选危险区域，针对危险区域采用细网格进一步分析，并对不满足衡准的构件进行优化设计。针对超大型集装箱船的疲劳问题，需计及波激振动影响。基于三维线性频域水弹性方法，利用有限元法进行模态分析，预报目标船的波激振动载荷，分析其水弹性效应。选取船体多个不同位置和类型的舱口角隅，基于谱分析方法，利用有限元法求解热点应力，计算各节点的疲劳损伤及疲劳寿命，并与刚体理论的结果对比，研究波激振动对疲劳寿命的影响。提出一种快速生成节点细网格的方法，编写相应的二次开发程序，并利用它建立多个节点形状优化方案，对双圆弧负角隅进行疲劳强度优化，探讨其疲劳特性。经研究发现，对于超大型集装箱船的结构强度而言，波浪载荷直接预报是有必要的，且必须考虑弯扭联合作用下的应力响应，对于纵向舱口围端部和舱口角隅此类容易出现应力集中的危险区域，有必要采用细网格分析。船体在波浪中很容易发生波激振动，且必须考虑反对称模态作用，疲劳节点处应力的高频响应特性使得疲劳累计损伤度大大增加，一般降低疲劳寿命约30%~40%，部分节点可能高达50%多，因此疲劳强度评估时必须计及波激振动的影响。本文提出的快速生成节点细网格的方法与开发的程序，有利于提高结构设计效率，也可为其他相似问题提供参考。对于双圆弧负角隅，存在一个最佳的圆弧半径比，此时节点的疲劳寿命达到最大。 |
| 作者： | 张志康 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 林焰;韩钰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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