1、毕业设计开题报告 船舶与海洋工程 4000m3 绞吸式挖泥船结构强度设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义： 我国江河湖库众多，泥沙淤积问题严重，清淤疏浚是提高大江、大河、大湖防洪及通航能力行之有效的工程措施 1。 近年来，随着我国经济的持续快速增长，我国疏浚行业迎来了蓬勃发展的大好时光 2。使得国内疏浚机械设备的需求也趋于旺盛。挖泥船作为主要的疏浚设备获得了长足的发展 3。绞吸式挖泥是水利式挖泥船中较普遍的一种，是世界上使用比较广泛的挖泥船 4。 世界上有近半数的绞吸式挖泥船都集中在 美国、英国、法国、德国、荷兰、日本等少数工业发达国家。这些国家都有着 100多年的挖泥船制
2、造和使用经历，其中也有一些著名的挖泥船设计公司，包括荷兰的 I.H.C公司、德国 L.M.G公司和美国的 ELLICOTT公司 5。其中荷兰的 IHC公司被称为荷兰乃至世界疏浚工业的摇篮，其标准型的 “海狸 ”绞吸式挖泥船遍布世界各地。其销往我国的各类挖泥船也有上百艘。 国内挖泥船的起步比较晚，从 1956年 ， 自主设计、建造中国第一艘组合绞吸式挖泥船 “北京 ”号。到 1985年建造了我国第一艘具有挖岩石功能的大型绞吸式船 “津航浚 215”轮 6。再到 2010年装机功率与疏浚能力均为亚洲第一、世界第三的国内首艘自行设计与建造的超大型自航绞吸式挖泥船 “天鲸号 ”交付使用 7。 708研
3、究所开发了国内最大的 13000 3m 耙吸式挖泥船 8。 绞吸式挖泥船 作为 疏滩工程中运用较广泛的一种船舶 6， 有着不同于常规船型的结构特点 9，是一种系统复杂、技术含量高的施工设备，其工作时所受外力非常复杂 10。随着工程类船舶的大型化、综合化 ， 很多结构强度问题也开始出现 11。 随着科学技术的日益提高 ，以及各种理论的完善，人们对船的强度研究也逐渐成熟。国内外学者对整船分析方面进行了相关研究，并将其广泛应用到了各类船型的船体结构分析工作中 12。 Espen H.Cramer， Peter Friis Hansen研究了评估船体结构的长期响应的方法。在确定船舶生命周期内的特定航区
4、后，通过应用伽马能谱定义波浪谱，采用线性频域分析，根据船舶不同的航速、航行角度和装载状况计算频率响应函数，可以确定其波浪散布图并可以用二维分步拟合出生命周期内的散布图 13。 Svein Erling Heggelund， Torgeir Moan通过对比一条 60m长的双体船的强框架模型分析和整船模型分析，研究双船体横向强度问题。得出了典型的双体滚装船的舱壁结构与周围结构相互作用明显的结论，因此必须要对其进行考虑 14。 白建伟以一艘 1700箱集装箱船为例，阐述了整船有限元结构分析方法。先建立全船有限元模型和质量模型，再用三维流体动力计算程序进行波浪随机载荷的长期预报，并在此基础上导出设计
5、波参数组，最后，在全船有限元模型上计算得出船体结构在各个设计波上的应力分布和变形结果，所得到的船体结构有限元分析对同类型集装箱的设计和强度分析有 一定的参考价值，对其它类型的船舶结构强度分析也有一定的借鉴意义 15。 陈庆强等在研究大型集装箱船整船分析的基础上，总结研究和发展了二种集装箱整船有限元分析时调整节点力和惯性平衡的处理方法。对于正确地进行大型集装箱船整船结构强度直接计算具有指导作用和使用价值。同时提出了对集装箱整船结构强度分析的分工况计算和应力合成技术，可应用于集装箱的整船结构有限元计算分析 16。 刘俊等研究了运用 NASTRAN进行波浪载荷作用下船体强度分析的问题。充分利用MSC
6、公司的 PATRAN和 NASTRAN软件，结合自编程序实现 波浪载荷作用下的全船准静态强度分析。船体总不平衡力以及结构的总质量、质心位置、主转动惯量、主惯性轴的方向等参数利用 PATRAN和 NASTRAN的现有功能可以得到：利用自编程序，计算出波浪载荷下各节点的平衡惯性力，以合适的格式添加进 bdf文件，并提交 NASTRAN进行全船准静态强度分析。算例表明上述方法可以实现惯性力的计算和实施，从而扩展了NASTRAN软件在船体结构准静态分析中的应用 17。 蒋如宏、何炎平、余龙、谭家华对大型绞吸式挖泥船台车系统的设计进行了研究，介绍了大型绞吸式挖泥船台车定位位置的系统原 理及组成，并对台车
7、设计中的一些关键数据的选择进行了仿真研究，对台车的结构强度进行了有限元分析。对同类型船舶的设计具有重要的参考 18 。 鄢慧敏运用有限元软件 ANSYS研究了一艘 45米的双体采砂船的结构强度。选取横弯和扭矩两种工况，分析了该船的计算载荷以及约束选取，对全船进行了有限元分析，基于 ANSYS软件中的优化方法，对此双体采砂船改型后的门型结构进行优化设计，在满足应力的前提下，优化出门型结构最优的截面尺寸，减轻了结构重量，降低了造船成本，对同类型的双体工程船舶的设计提供可参考的依据 19。 但目前针 对绞吸式挖泥船的结构强度的研究尚不广泛 ， 而结构强度往往与结构设计息息相关。 船体结构设计是在满足
8、船舶总体设计的要求下，解决船体结构的形式、构件的尺度与连接等设计问题，保证船体具有恰当的强度和良好的技术经济性能。主要有确定性设计法和结构可靠性分析法两大类。目前主要应用的是确定性设计，确定性设计又包括两类，即规范设计法和直接计算法。 规范设计法是根据船舶主尺度和结构形式，及各种运营、施工要求，按船级社制定的船舶建造规范的有关规定，决定构件的布置与尺度，再进行总强度与局部强度、结构稳定性等校核，若有不足之处则修改原 设计方案或按要求局部加强，重复校核，直至满足。 直接计算法 是 由于船型及构件布置的不同，规范不可能罗列全部特征，所以要求基于结构力学的知识，按各种构件的受力情况，直接进行强度计算
9、以求得构件尺度。具有较高的力学合理性，而且可以预先选择目标函数，进行优化设计。然而，这种计算方法按现有条件，难以顾及到施工的工艺性，特别是使用上的要求，诸如舱容、腐蚀、维修和航运的要求等，这些都是设计变量的非线性函数，无法用公式来表达，优化的结果往往会陷入局部最优的搜索，其结果不一定适用 20。 为促进国民经济的发展，满足市场对挖泥 船的需求。 本次课题选择适用于中小航道的 4000m3绞吸式挖泥船 作为研究对象显得及时而又必需。同时，由于该类船型结构较为简单，因此采用规范法进行 结构强度设计 ，这样即可满足结构强度的要求，又免于直接计算复杂的建模分析工作。 二、研究的基本内容，拟解决的主要问
10、题： 1. 船型主尺度计算确定； 2. 新船型线生成； 3. 结构规范设计、强度校核及相关图纸绘制。 三、研究步骤、方法及措施： 1.根据船的设计和使用要求，查阅相关的工况，通过规范法计算确定船型的主尺度。 2.根据已经确定的主尺度、船东的特殊要求以及 建造工艺的要求绘制船型的型线。 3.根据规范对船舶结构的要求，确定各个构件的尺度，并根据规范对强度的要求，校核各个构件的尺度，确定各个构件后并画出相应的图形。 4.总结讨论部分 5.外文资料翻译 四、参考文献： 1丁宏锴，倪福生 .绞吸式挖泥船疏浚动态特性与仿真系统设计 J.河海大学学报， 2002（ 6）： 1-4. 2张文宜 .绞吸式挖泥船
11、主要载荷分析及计算软件开发 D.上海：上海交通大学， 2009：7. 3张文宜，陈新权，谭家华 .绞吸式挖泥船外力计算软件及应用 J.中国港湾建设， 2008（ 6）： 6-9 4刘厚恕 .走向 21世纪的中国挖泥船 J.工艺技术， 2000（ 179）： 29. 5周祥恕 .科学发展提升疏浚企业竞争力 J.中国水运， 2007（ 4）： 48-49. 6马玉臣 .绞吸式挖泥船的性能及改进建议 J.水运工程， 2004（ 11）： 21、 30. 7 陈佳南，刘柯，查长苗 .亚洲最大自航绞吸式挖泥船交付 N.中国船舶报， 2010-1-20:1. 8王艳，谢海英，吴瑛 .国内外疏浚市场现状及发
12、展 J.交通部上海船舶运输研究所学报，2004（ 2）： 109-113. 9 张淑杰，王庆 .350 3/mh分体绞吸式挖泥船的船型介绍 J.船海工程， 2002（ 4）： 18-20. 10张文宜，陈新权，谭家华 .绞吸式挖泥船外力计算软件及应用 J.中国港湾建设， 2008（ 6）： 6. 11郁杨天，杨启 .大型绞吸式挖泥船门架结构强度分析 J.造船技术， 2009（ 2）： 3 12刘晓鹏 .绞吸式挖泥船的结构强度评估研究和标准化探究 C.上海：上海交通大学 ,2009： 6. 13 Espen H.Cramer,Peter Friis Hansen.Stochastic model
13、ing of long term wave induced responses of ship structuresJ.Marine Structures.1994(7). 14 Svein Erling Heggelund,Torgeir Moan,Stig Oma.Transverse strength analysis of catamaransJ.Marine Structures.2000(13). 15白建伟 .集装箱整船有限元分析 D.上海 .上海交通大学， 2000： 8-10. 16陈庆强，朱胜昌 .大型集装箱整船有限元分析计算技术研究 M.船舶力学， 2006:10. 17刘俊，汪痒宝，韩继文等 .运用 NASTRAN 进行波浪载荷作用下船体强度分析 J.上海交通大学学报， 2005:8, 18蒋如宏，何炎平，余龙，谭家华 .大型绞吸式挖泥船台车系统的设计研究 J.船舶工程，2007（ 3）： 41-43 19鄢慧敏 .双体采砂船结构强度计算研究 C.武汉：武汉理工大学， 2009： 1. 20中国船舶工业总公司 .船舶设计实用手 册 （结构分册） M， 2007： 128-130.
