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油船舱壁结构优化及焊接残余应力分析研究
| 论文题名： | 油船舱壁结构优化及焊接残余应力分析研究 |
| 关键词： | 油船;平面舱壁;结构优化;焊接工艺;残余应力 |
| 摘要： | 随着石油需求日益增加，对油船的结构设计也提出了更高的要求，在油船设计过程中，需要严格控制空船重量从而降低建造成本、提高经济效益。因此本文基于《油船结构直接计算指南》对某30000DWT油船平面舱壁结构进行研究分析及优化，通过形貌优化的方法探究能够降低空船质量、提高船体结构力学性能的槽型舱壁；对Q235钢热力学模型参数进行优化标定，并通过焊接有限元方法模拟了槽型舱壁结构在焊接之后的应力分布情况。 首先，建立母型船有限元模型，根据规范选择工况、计算载荷；建立舱壁结构优化模型，以横舱壁为优化设计区域、在位移约束下以舱段各工况的加权柔度值最小为目标函数对其进行形貌优化，根据形貌优化结果结合工艺性要求给出最优槽型舱壁结构形式，对比发现优化后槽型舱壁相较于平面舱壁质量更小的同时，力学性能更优。 其次，根据拉伸试验结果利用优化算法对Q235钢热力学模型参数进行优化标定，获取更加贴近于试验结果的热力学模型用于焊接仿真。通过对仿真模型监测得到仿真力学性能曲线，以泊松比和Johnson-Cook强度模型参数为设计变量，并以最小化仿真与试验的屈服应力差、断裂应力差和曲线差的线性加权值为目标函数，采用多种优化算法对常温常应变率模型进行优化标定。通过对比优化结果确定全局响应面算法为最适用于该优化问题的算法，并通过灵敏度分析探究模型参数对目标函数的影响。接着采用全局响应面算法分别对高温和高应变率模型进行优化标定，使大范围温度和应变率下的材料应变机制更符合实际试验结果。 最后，以优化后的Johnson-Cook模型为基础，通过焊接有限元方法模拟平板试件在不同焊后热处理温度下的残余应力分布，对比选择合适的焊后热处理温度进行舱壁结构焊接仿真。在相同的焊后热处理条件下，对平面舱壁结构和槽型舱壁结构焊接残余应力分布结果进行分析与评估。 本文利用形貌优化的方法确定油船槽型舱壁结构型式，通过有限元迭代来寻找最优形状参数，能够快速有效的实现油船舱壁结构优化设计；通过优化方法标定了Q235钢高温高应变率下的热力学模型参数，使模型在大范围温度和应变率下的应变机制更符合实际试验结果，提高了焊接仿真的准确性和可信度；通过焊接有限元方法仿真了平面舱壁和槽型舱壁焊接残余应力分布，发现优化后槽型舱壁在刚度、焊接残余应力等方面均优于平面舱壁，且制造成本更低，对于油船舱壁构优化设计具有参考意义。 |
| 作者： | 王国回 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 苏绍娟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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