全回转式浮吊船结构强度及动力学研究

作     者：秦东 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：冯峰;王海军

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：全回转式浮吊船 结构强度 结构优化 瞬态响应分析 

摘      要：随着黑龙江省对外贸易经济的蓬勃发展,黑龙江及乌苏里江河段的水路运输量得到了显著地增加。航道作为水路运输的生命线,保障其通畅则是首要工作。黑龙江省现有的清障工程船快速反应能力差,施工工效低,无法满足完成清障任务的要求,迫切需要设计并建造一艘全回转式自航浮吊船。相关设计人员对其船体结构进行了初步设计,但发现选取的安全系数较高。这虽然使得船体结构更安全,但也造成了一定程度的设计冗余。为了更好地完成全回转式浮吊船的结构设计工作,十分有必要在解决实际工程问题的基础上,对全回转式浮吊船进行研究,从而解决其结构设计时遇到的问题。本文以100t全回转式浮吊船为目标船,对现有结构设计方案进行研究,对船体结构强度进行有限元分析,选取船体中间舱段计算各船体主要结构的受力情况,发现结构设计满足规范中对总纵强度和局部强度的要求,但选取了较高的安全系数,说明船体结构设计方案较为保守,造成了一定程度的结构选型设计浪费。之后以船体结构轻量化设计为目标,基于Isight提出了一套全回转式浮吊船舱段结构优化系统,并对目标船进行优化,减轻了8.46%的舱段重量,验证了优化系统的可靠性。之后考虑到全回转式浮吊船的特殊性,本文结合实际工程场景,主要研究了起吊速度和回转角度对全回转式浮吊船船体结构的瞬态响应的影响。利用MSC Patran/Nastran软件,选取较为典型的十二种计算工况,计算船体各主要结构的瞬态响应。研究表明,随着起吊速度和回转角度的增加,各结构的节点应力都呈现增加的趋势,其中主甲板和横向强构建受到瞬态响应影响最大。并且各船体结构在瞬态响应下的应力水平普遍高于静态结构强度计算结果,表明在对全回转式浮吊船进行结构设计时,必须考虑瞬态响应的影响。最后,综合上述的分析,对全回转式浮吊船的船体结构在静动态下的整体性能进行总结,并给出具体的设计优化建议,并对优化方案的总纵强度及局部强度进行校核。在满足强度要求的前提下,最终减少了5.75%的整船重量。分析的过程及结果对以后全回转式浮吊船的设计提供了具体的工程参考方案,并可对100t全回转式浮吊船的清障起吊工作方式进行一定的指导,具有较强的实际工程意义。