极地邮轮结构冰区加强设计及总体强度研究

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邮轮作为一种高难度、高技术含量、高附加值的船型,其研发、设计、建造和配套等相关技术长期由欧美国家掌握。近年来,随着邮轮旅游市场的飞速发展,中国港口接待国外邮轮次数在逐年增加,以及国人对于邮轮旅游接受度的提高,让邮轮的设计与建造慢慢成为热点。因此我国造船业急需掌握高附加值邮轮的自主设计和建造技术,安全可靠的船体结构强度是邮轮实现所有功能的关键基础,基于邮轮结构形式复杂,与常规船型相比,邮轮结构更为特殊,对安全性和可靠性要求更高。船体总纵强度是反映船舶结构安全的基本指标,用以保证船体结构在弯曲和剪切作用下不发生屈服、屈曲和大变形;全船结构有限元强度分析一般包括总体屈服强度、总体屈曲强度及疲劳强度校核,加上有很多邮轮船体结构的特点使得船体横剖面应力不完全符合平截面假定,考虑采用整船直接计算方法校核船体总体应力分布,以全面校核整船结构的强度。基于此,本文通过对邮轮相关国内外现状、关键技术、规范船级社及邮轮相关市场等调研总结,研究船体总纵强度设计与计算原理和方法,结合整船总体强度包括屈服屈曲强度评估流程,以工程实船应用为例,对船舶进行横剖面规范设计,应用Mars2000进行总纵强度的计算校核,运用ANSYS对全船进行有限元分析,以验证整船总体强度、屈服、屈曲是否满足要求,并形成结构设计的分析计算流程和经验总结。本文主要内容如下:(1)简单介绍了邮轮的国内外现状和邮轮设计相关的要求,并对近些年国内外学者关于邮轮方面的论文进行调研,结果表明:邮轮产业我国起步较晚,相比于欧美国家,在港口建设、配套设计、设计建造、人才储备等方面都存在较大差距。但邮轮市场的未来是积极向好的,国人对邮轮旅游的愿望是稳步提升的,国家对于整个邮轮产业链是抱以厚望的。近年来,我国对邮轮的关注度明显提升,在各方面都取得了长足进步。(2)通过对冰区船舶规范的研究,确定需要冰区加强的范围,计算冰带区域的外板板厚和骨材规格。比较得出冰区加强采用横骨架式比纵骨架式能获得更好的收益。对极地邮轮舯横剖面设计进行研究,结合工程实船的总布置图和舱室布置图绘制舯横剖面图。(3)根据船体梁原理,通过相关规范研究了船体总纵强度承受的弯矩、剪力等的计算。分析危险剖面的选取,确定有效的纵向构件。以实际工程项目为实施例,依托BV软件Mars2000,针对邮轮实际装载工况,选择关键危险剖面进行总纵强度校核。归纳总结船体增加抗弯和抗剪能力的有效方式。(4)研究邮轮总体强度分析计算校核方法,对整船强度分析相关载荷来源、计算、载荷平衡及边界条件、模型创建方法以及后处理计算校核方法进行细化研究,总结邮轮船体结构总体强度分析流程。以实船工程项目为实施例,采用有限元分析软件ANSYS创建全船有限元模型进行屈服强度屈曲强度分析,弥补船体总纵强度校核过程中局部结构无法校核的问题,验证全船总体强度满足要求并得到船级社认可。
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