核动力破冰船安全壳舱段结构强度评估方法研究

作     者：王德明 

作者单位：大连海事大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于鹏垚

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：核动力破冰船 安全壳 结构响应 强度校核 结构加强方案 

摘      要：随着全球气候逐渐变暖,北极永冻层不断的融化,为了缩短亚洲国家与欧美国家之间的运输距离,降低运输成本,世界各国都在积极开拓和探索北极航道。针对极地航线的不断开拓,对极地航行船舶的需求也随之显著增加。同时,对于极地考察来说,破冰船也必不可少。核动力破冰船相比于常规动力破冰船,有着清洁高效、续航时间长等不可比拟的优势,发展前景越来越广阔。对于核动力破冰船来说,安全壳结构的安全性是核动力破冰船结构安全重要方面,一旦放射性物质泄漏,将会对外界环境及周围人员安全产生巨大影响,因此开展核动力破冰船安全壳舱段结构强度评估方法的研究具有重要意义。本文以某艘核动力破冰船的安全壳舱段为研究对象,分析其在典型设计工况下的环境载荷,建立了安全壳舱段的结构响应计算方法,并分析了不同评估准则下的安全壳舱段结构强度;同时,针对安全壳舱段的高应力区域,开展了结构加强方案研究。本文的研究内容能够为类似的核动力破冰船的结构设计和强度评估提供一定的借鉴。具体工作介绍如下:(1)依据法国船级社的《钢制海船入级规范》和《极地水域作业的船舶和破冰船入级规范》,确定了核动力破冰船在大洋和冰区航行状态下的典型设计工况,求解了各典型工况下的载荷成分,建立了核动力破冰船安全壳舱段的结构有限元模型和在其设计工况下的结构响应分析方法。(2)计算了核动力破冰船安全壳舱段在大洋和冰区航行状态下的结构响应,并参考法国船级社的《钢制海船入级规范》和美国机械工程师协会(ASME)《锅炉及压力容器规范》,对核动力破冰船安全壳舱段结构强度进行评估。结果表明,与《锅炉及压力容器规范》中的强度评估准则相比,钢制海船常用的Von Mises应力强度评估准则更为严格。(3)针对典型工况下的高应力区域,提出了不同结构加强方案并进行结构响应计算,从经济性和安全性两个角度对加强方案结果进行讨论分析,得到一套合理的加强方案。