工程碩士論文：船舶與海洋工程結構極限強度分析

　　隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，輪船結構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：船舶與海洋工程結構極限強度分析，希望對您有所幫助!

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

　　關(guān)鍵字：極限強度，船舶，結構，船舶與海洋工程

　　隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，輪船結構以及輪船使用的材料都有很大的進(jìn)步。船體的整體結構和材料成為當今社會(huì )研究的主要對象。隨著(zhù)計算機技術(shù)的日益成熟，船體整體結構和承受的。屈服力都可以采用軟件仿真來(lái)快速精確的計算。

　　1引言

　　船體的整體結構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(zhù)先進(jìn)的設計技術(shù)的進(jìn)步，計算機相關(guān)設計軟件已經(jīng)可以。設計整體結構和仿真測試船體的整體結構。分析船體結構和整體強度是一個(gè)復雜的非線(xiàn)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值。新材料的不斷出現使船體材料耗費變的越來(lái)越經(jīng)濟合理，同時(shí)船體結構屈服強度也變的越來(lái)越理想。

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

　　2總體結構狀態(tài)

　　船舶的總體結構狀態(tài)時(shí)一個(gè)非常復雜的過(guò)程�？傮w結構的崩潰在過(guò)去幾年是一個(gè)非常普遍的現象，它是船體結構所受沖擊超過(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構。以上情況不足為奇，在飛機和潛艇外體上也經(jīng)常出現類(lèi)似情況。目前，中國的船體分析技術(shù)的研究還處于起步階段，與國外發(fā)達國家。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，包括原動(dòng)機轉速控制系統，同步船體結構系統，輪船控制系統管理相關(guān)技術(shù)的研究，實(shí)驗研究了一系列模擬各種惡劣的條件下，容易控制船體結構的一些關(guān)鍵技術(shù)，并做了可行性分析。船舶具有非常重要的作用，特別是對船體分。析屈服強度的分析，輪船安全可謂海軍艦艇的生命線(xiàn)。動(dòng)力和結構形成一個(gè)整體輪船系統，為船體結構極限強度分析的發(fā)展。指明了方向。

　　3極限強度分析法

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

　　3.1逐步破壞分析法

　　上世紀末，美國物理學(xué)家的在基于對懸臂梁、加筋板在軸向壓縮載荷作用下結構失效問(wèn)題的研究成果中提出了逐步破壞的分析方法。船體結構破壞不是一個(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(zhù)應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，首先建立屈服應力和位移的曲線(xiàn)關(guān)系。

　　3.2非線(xiàn)性分析法

　　分線(xiàn)性分析方法必須。對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(xiàn)性分析。在這個(gè)工程中，一個(gè)段的結構有自己的不同，針對不同結構進(jìn)行線(xiàn)性化分析和非線(xiàn)性化分析。每個(gè)分段包含一個(gè)骨架間距內的所有主要構件，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。船體總體結構的彎曲和抗屈服能力不同導致分析結果不同。

　　3.3有限元分析法

　　有限元分析方法是結構分析的簡(jiǎn)單方法，它能把復雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化，分析整體結構的節點(diǎn)和網(wǎng)格。在進(jìn)行有限元分析的時(shí)候，通常對船體結構進(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，觀(guān)察整體結構的響應。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，我們可以分析出結構極限(包括最大應力，最大屈服極限)。最近幾年，有限元分析方法被應用在船舶整體分析和部分結構分析的案例非常多。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?chē)�環(huán)境對整體結構形變的影響。第二對于結構復雜的構件，有限元分析方法對于復雜的結構不太實(shí)用，設置相關(guān)算法時(shí)間太長(cháng)，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)對船體建模方式直觀(guān)明了。在分析結構的時(shí)候可以采用線(xiàn)性劃分和非線(xiàn)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)結構的模型和仿真。利用有限元分析模塊的可視化建模窗口，動(dòng)態(tài)結構的框圖和模型可迅速地建立和仿真研究。用戶(hù)需要選擇元件庫(對應的子模塊程序模塊)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，鼠標點(diǎn)擊或者畫(huà)線(xiàn)連接都可以搭建非�？捎^(guān)的結構模型。他的標準庫擁有的模塊遠遠大于一百五十多種，可用于搭建和仿真各種不同的、種類(lèi)變化的動(dòng)態(tài)結構。模塊包。括輸入信號源子模塊、動(dòng)力學(xué)元件子模塊、代數函數和非線(xiàn)性函數子模塊、數據顯示子模塊模塊等。模塊可以被設定為觸發(fā)端口和使能的端口，能用于模擬大模型結構中存在條件作用的子模型的行為。

　　(2)可以構建動(dòng)態(tài)結構模型�？蓜�(dòng)結構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、數字的仿真工具，用于對動(dòng)態(tài)結構模型建立和操作改變規律的研究制定。

　　(3) 模塊元件與用戶(hù)代碼的增添和定制。已有模塊的圖標都可以被用戶(hù)修改，對話(huà)框的重新設定。用戶(hù)完全可以把自己編寫(xiě)的C代碼、FORTRAN代碼、Ada代碼直接植入模型中，此外模塊庫和庫函數都。是可定制的，擴展以包容用戶(hù)自定義的結構環(huán)節模塊。。

　　(4)設計船舶結構模型的快速、準確。他擁有優(yōu)秀的積分和微分算法，這樣給非線(xiàn)性結構仿真帶來(lái)了極大的方便，同時(shí)也帶來(lái)了相對較高的計算精度�？梢赃x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構，還可以求解具有事件觸發(fā)的邏輯結構，求解或不連續狀態(tài)變量的結構和具有代數環(huán)和參數環(huán)的結構。軟件的求解器可以確保連續結構或離散結構的仿真高速、準確的進(jìn)行。

　　(5)復雜結構可以分層次地表達。根據個(gè)人需要，若干子結構可以由各種模塊組織。按照自頂向下(從元器件到結構)或自底向上(從實(shí)現的每一個(gè)細節到整體結構)的方式搭建整個(gè)結構模型。這種分級建模能力能夠使得代碼豐富的、體積龐大的、結構非常復雜的模型可以簡(jiǎn)便易于行動(dòng)的構建。結構子模型的層次數量和子子模塊的分層次數量完全取決于所搭建的結構，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。模塊結構瀏覽的功能。這樣更加方便了大型復雜結構結構的操作。

　　(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(huà)的形式顯示出來(lái)，數據也可以動(dòng)作的形式顯示，What-if分析運行中可調整參數模型進(jìn)行，監視仿真結果能夠在仿真運算進(jìn)行時(shí)�？蓭椭�用戶(hù)不同的算法可以快速評估，進(jìn)行參數優(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算的結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據。

　　4船舶在軍事上的發(fā)展狀況

　　在軍事上的應用：在上世紀90年代，以美國為首的國家海軍大力發(fā)展海軍輪船性能優(yōu)化，整體結構和性能得到優(yōu)化。于93年提出了水面艦艇先進(jìn)機械項目計劃(提前海洋表面計劃ASMP)。

　　美國的目的是建立一個(gè)國家的最先進(jìn)的艦艇推進(jìn)系統，能夠實(shí)現遠程作戰和抗高撞擊的能力。美國海軍采用先進(jìn)的智能設備，同時(shí)采用電氣控制和機械控制系統。在同一時(shí)間滿(mǎn)足指定的性能，在分析極限強度上加大了投資，軍用船舶的其他方面投資也有顯著(zhù)的減少。隨著(zhù)ASMP計劃進(jìn)一步研究，權力一體化“和”模塊化“的方法來(lái)研究船舶電力發(fā)電、運輸、轉化、分配。利用共享設置海軍的推進(jìn)裝置用電、日常的用電。各種武器裝備輸電發(fā)電和配電系統構成的綜合電力系統，美國海軍相當重視電力在船艦上的應用。

　　我國海軍在研究這方面也不遜色，國內有先進(jìn)設計理論和分析方法。對船舶承載能力和撞擊能力做過(guò)實(shí)驗分析。

　　5總結

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

　　參考文獻

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