工程碩士論文：船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度分析

時(shí)間：2024-07-29 07:27:11 碩士論文我要投稿

　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，輪船結(jié)構(gòu)以及輪船使用的材料都有很大的進(jìn)步。下面是小編收集整理的工程碩士論文：船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度分析，希望對(duì)您有所幫助!

工程碩士論文：船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度分析

　　摘要：當(dāng)輪船受到外部沖擊載荷時(shí)，輪船整體結(jié)構(gòu)就會(huì)變形，當(dāng)這個(gè)變形達(dá)到最大極限狀態(tài)，這時(shí)的極限狀態(tài)叫做極限彎矩。輪船整體構(gòu)架承受全部抗擊的最強(qiáng)能力是極限強(qiáng)度。本文對(duì)船舶結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度。進(jìn)行了分析和研究，提出了有限元分析方法進(jìn)行強(qiáng)度和極限分析。

　　關(guān)鍵字：極限強(qiáng)度，船舶，結(jié)構(gòu)，船舶與海洋工程

　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，輪船結(jié)構(gòu)以及輪船使用的材料都有很大的進(jìn)步。船體的整體結(jié)構(gòu)和材料成為當(dāng)今社會(huì)研究的主要對(duì)象。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益成熟，船體整體結(jié)構(gòu)和承受的。屈服力都可以采用軟件仿真來(lái)快速精確的計(jì)算。

　　1引言

　　船體的整體結(jié)構(gòu)和承受的能力是保證輪船安全的重要保障，它關(guān)系到輪船是否安全出航和安全返航。隨著先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)相關(guān)設(shè)計(jì)軟件已經(jīng)可以。設(shè)計(jì)整體結(jié)構(gòu)和仿真測(cè)試船體的整體結(jié)構(gòu)。分析船體結(jié)構(gòu)和整體強(qiáng)度是一個(gè)復(fù)雜的非線性過(guò)程，必須進(jìn)行合理的劃分，采用好的分析方法才能得出精確的數(shù)值。新材料的不斷出現(xiàn)使船體材料耗費(fèi)變的越來(lái)越經(jīng)濟(jì)合理，同時(shí)船體結(jié)構(gòu)屈服強(qiáng)度也變的越來(lái)越理想。

　　在分析船舶整體結(jié)構(gòu)變形和極限強(qiáng)度的時(shí)候，我們所研究的絕大多數(shù)問(wèn)題都是屬于線性的微弱形變問(wèn)題。在微弱整體的結(jié)構(gòu)中，位移和應(yīng)變可以被線性化，等效于正比關(guān)系。但是，在實(shí)際中，不規(guī)則物體所受的應(yīng)力和應(yīng)變都不是線性的，常見(jiàn)的有懸臂梁的彎曲，U形梁的變形等等。

　　2總體結(jié)構(gòu)狀態(tài)

　　船舶的總體結(jié)構(gòu)狀態(tài)時(shí)一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程。總體結(jié)構(gòu)的崩潰在過(guò)去幾年是一個(gè)非常普遍的現(xiàn)象，它是船體結(jié)構(gòu)所受沖擊超過(guò)了材料本身的極限，這時(shí)候支撐梁不能夠支撐船體整體結(jié)構(gòu)。以上情況不足為奇，在飛機(jī)和潛艇外體上也經(jīng)常出現(xiàn)類似情況。目前，中國(guó)的船體分析技術(shù)的研究還處于起步階段，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家。先進(jìn)水平仍有很大的差距。為了進(jìn)一步研究分析，我國(guó)投入資金和人力，在實(shí)際工程中，建立一個(gè)比較完善的船體分析系統(tǒng)，包括原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，同步船體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，輪船控制系統(tǒng)管理相關(guān)技術(shù)的研究，實(shí)驗(yàn)研究了一系列模擬各種惡劣的條件下，容易控制船體結(jié)構(gòu)的一些關(guān)鍵技術(shù)，并做了可行性分析。船舶具有非常重要的作用，特別是對(duì)船體分。析屈服強(qiáng)度的分析，輪船安全可謂海軍艦艇的生命線。動(dòng)力和結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體輪船系統(tǒng)，為船體結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度分析的發(fā)展。指明了方向。

　　3極限強(qiáng)度分析法

　　如何分析船舶結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度是一個(gè)復(fù)雜而且非常有意義的過(guò)程。分析這種復(fù)雜的船體結(jié)構(gòu)沒(méi)有一種比較準(zhǔn)確的分析方法。在分析極限強(qiáng)度的時(shí)候，我們通常采用復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化，采用線性和非線性結(jié)合的方法，有限元和邊界元分析相結(jié)合的方法。

　　3.1逐步破壞分析法

　　上世紀(jì)末，美國(guó)物理學(xué)家的在基于對(duì)懸臂梁、加筋板在軸向壓縮載荷作用下結(jié)構(gòu)失效問(wèn)題的研究成果中提出了逐步破壞的分析方法。船體結(jié)構(gòu)破壞不是一個(gè)迅速變化的過(guò)程，是一個(gè)一步一步的程序，同時(shí)也不會(huì)一下子超過(guò)屈服極限，隨著應(yīng)力的增大逐漸的增大的逐漸破壞。在進(jìn)行破壞分析的時(shí)候，首先建立屈服應(yīng)力和位移的曲線關(guān)系。

　　3.2非線性分析法

　　分線性分析方法必須。對(duì)船體分析采用模塊化分析，必須充分考慮如何進(jìn)行分段，分段之后逐個(gè)段進(jìn)行非線性分析。在這個(gè)工程中，一個(gè)段的結(jié)構(gòu)有自己的不同，針對(duì)不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行線性化分析和非線性化分析。每個(gè)分段包含一個(gè)骨架間距內(nèi)的所有主要構(gòu)件，選擇或者利用發(fā)生崩潰概率最大的情況進(jìn)行分析的原則，對(duì)所承受的分段骨架進(jìn)行全面的分析和仿真。這種分析方法需要對(duì)每一段進(jìn)行模型建立，然后一個(gè)模型模型的分析。船體總體結(jié)構(gòu)的彎曲和抗屈服能力不同導(dǎo)致分析結(jié)果不同。

　　3.3有限元分析法

　　有限元分析方法是結(jié)構(gòu)分析的簡(jiǎn)單方法，它能把復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化，分析整體結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)格。在進(jìn)行有限元分析的時(shí)候，通常對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后進(jìn)行網(wǎng)格施加約束，在均勻網(wǎng)格上施加可變的。激勵(lì)，觀察整體結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。采用這種方法能模擬船體的邊界條件和整體約束。有限元分析方法綜合考慮。船體的形狀和材料的不同，通過(guò)不同載荷的約束，我們可以分析出結(jié)構(gòu)極限(包括最大應(yīng)力，最大屈服極限)。最近幾年，有限元分析方法被應(yīng)用在船舶整體分析和部分結(jié)構(gòu)分析的案例非常多。這種分析方法有兩個(gè)個(gè)缺點(diǎn)。一是。不能很好的模擬真實(shí)環(huán)境，不能考慮周圍環(huán)境對(duì)整體結(jié)構(gòu)形變的影響。第二對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的構(gòu)件，有限元分析方法對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)不太實(shí)用，設(shè)置相關(guān)算法時(shí)間太長(zhǎng)，不能在有效的時(shí)間完成任務(wù)。這種分析方法的優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：

　　(1)對(duì)船體建模方式直觀明了。在分析結(jié)構(gòu)的時(shí)候可以采用線性劃分和非線性劃分網(wǎng)格。采用相關(guān)軟件完全可以分析所有動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的模型和仿真。利用有限元分析模塊的可視化建模窗口，動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的框圖和模型可迅速地建立和仿真研究。用戶需要選擇元件庫(kù)(對(duì)應(yīng)的子模塊程序模塊)中選出比較合適的模塊，然后并改變需要的形式，拖放到新建的建模窗口，鼠標(biāo)點(diǎn)擊或者畫線連接都可以搭建非常可觀的結(jié)構(gòu)模型。他的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)擁有的模塊遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一百五十多種，可用于搭建和仿真各種不同的、種類變化的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)。模塊包。括輸入信號(hào)源子模塊、動(dòng)力學(xué)元件子模塊、代數(shù)函數(shù)和非線性函數(shù)子模塊、數(shù)據(jù)顯示子模塊模塊等。模塊可以被設(shè)定為觸發(fā)端口和使能的端口，能用于模擬大模型結(jié)構(gòu)中存在條件作用的子模型的行為。

　　(2)可以構(gòu)建動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)模型。可動(dòng)結(jié)構(gòu)的模型可以修改并進(jìn)行仿真。有限元分析還可以作為一種圖形化的、數(shù)字的仿真工具，用于對(duì)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)模型建立和操作改變規(guī)律的研究制定。

　　(3) 模塊元件與用戶代碼的增添和定制。已有模塊的圖標(biāo)都可以被用戶修改，對(duì)話框的重新設(shè)定。用戶完全可以把自己編寫的C代碼、FORTRAN代碼、Ada代碼直接植入模型中，此外模塊庫(kù)和庫(kù)函數(shù)都。是可定制的，擴(kuò)展以包容用戶自定義的結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)模塊。。

　　(4)設(shè)計(jì)船舶結(jié)構(gòu)模型的快速、準(zhǔn)確。他擁有優(yōu)秀的積分和微分算法，這樣給非線性結(jié)構(gòu)仿真帶來(lái)了極大的方便，同時(shí)也帶來(lái)了相對(duì)較高的計(jì)算精度。可以選擇比較先進(jìn)的常微分方程求解器和偏微分方程求解器，還可用于求解力學(xué)剛性的和非剛性的結(jié)構(gòu)，還可以求解具有事件觸發(fā)的邏輯結(jié)構(gòu)，求解或不連續(xù)狀態(tài)變量的結(jié)構(gòu)和具有代數(shù)環(huán)和參數(shù)環(huán)的結(jié)構(gòu)。軟件的求解器可以確保連續(xù)結(jié)構(gòu)或離散結(jié)構(gòu)的仿真高速、準(zhǔn)確的進(jìn)行。

　　(5)復(fù)雜結(jié)構(gòu)可以分層次地表達(dá)。根據(jù)個(gè)人需要，若干子結(jié)構(gòu)可以由各種模塊組織。按照自頂向下(從元器件到結(jié)構(gòu))或自底向上(從實(shí)現(xiàn)的每一個(gè)細(xì)節(jié)到整體結(jié)構(gòu))的方式搭建整個(gè)結(jié)構(gòu)模型。這種分級(jí)建模能力能夠使得代碼豐富的、體積龐大的、結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的模型可以簡(jiǎn)便易于行動(dòng)的構(gòu)建。結(jié)構(gòu)子模型的層次數(shù)量和子子模塊的分層次數(shù)量完全取決于所搭建的結(jié)構(gòu)，軟件本身不會(huì)限制到搭建的模型。有限元還提供了模型和子。模塊結(jié)構(gòu)瀏覽的功能。這樣更加方便了大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的操作。

　　(6) 仿真分析的交互式。該軟件顯示的示波器可以圖形顯示和動(dòng)畫的形式顯示出來(lái)，數(shù)據(jù)也可以動(dòng)作的形式顯示，What-if分析運(yùn)行中可調(diào)整參數(shù)模型進(jìn)行，監(jiān)視仿真結(jié)果能夠在仿真運(yùn)算進(jìn)行時(shí)。可幫助用戶不同的算法可以快速評(píng)估，進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化這種交互式的特征。

　　由于有限元模塊是全部融合于有限元，一次在有限元模塊下所有的計(jì)算的結(jié)果都完全可保存到有限元軟的工作空間中，因而就能使用有限元所具有的眾多分析、可視化及工具箱工具操作數(shù)據(jù)。

　　4船舶在軍事上的發(fā)展?fàn)顩r

　　在軍事上的應(yīng)用：在上世紀(jì)90年代，以美國(guó)為首的國(guó)家海軍大力發(fā)展海軍輪船性能優(yōu)化，整體結(jié)構(gòu)和性能得到優(yōu)化。于93年提出了水面艦艇先進(jìn)機(jī)械項(xiàng)目計(jì)劃(提前海洋表面計(jì)劃ASMP)。

　　美國(guó)的目的是建立一個(gè)國(guó)家的最先進(jìn)的艦艇推進(jìn)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程作戰(zhàn)和抗高撞擊的能力。美國(guó)海軍采用先進(jìn)的智能設(shè)備，同時(shí)采用電氣控制和機(jī)械控制系統(tǒng)。在同一時(shí)間滿足指定的性能，在分析極限強(qiáng)度上加大了投資，軍用船舶的其他方面投資也有顯著的減少。隨著ASMP計(jì)劃進(jìn)一步研究，權(quán)力一體化“和”模塊化“的方法來(lái)研究船舶電力發(fā)電、運(yùn)輸、轉(zhuǎn)化、分配。利用共享設(shè)置海軍的推進(jìn)裝置用電、日常的用電。各種武器裝備輸電發(fā)電和配電系統(tǒng)構(gòu)成的綜合電力系統(tǒng)，美國(guó)海軍相當(dāng)重視電力在船艦上的應(yīng)用。

　　我國(guó)海軍在研究這方面也不遜色，國(guó)內(nèi)有先進(jìn)設(shè)計(jì)理論和分析方法。對(duì)船舶承載能力和撞擊能力做過(guò)實(shí)驗(yàn)分析。

　　5總結(jié)

　　本文介紹了船舶結(jié)構(gòu)極限分析的三種不同的方法，并進(jìn)行了對(duì)比分析，最后得出結(jié)論：有限元分析方法耗時(shí)比較長(zhǎng)，但是能夠很高的分析和仿真船舶結(jié)構(gòu)極限。

　　參考文獻(xiàn)

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　　[3]朱勝昌，陳慶強(qiáng).大型集裝箱船總縱強(qiáng)度計(jì)算方法研究.船舶力學(xué)，2001，5(2)：34--42

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