船舶结构的直接设计
Direct design of ship structures
由于各种大型、新型船舶的出现,现有船体设计规范已不能完全满足其安全性、可靠性及经济效益优化组合的要求.船体结构直接设计法是近廿年来受到世界造船强国关注并得到迅速发展的先进设计手段,而各种设计载荷的合理确定又是直接设计法中"第一原则"的主要内容. 本文以A船为背景,从大型船模水池试验出发,研究了船体在波浪中的各种非线性响应,发现了弯矩倍频与船体梁弹性振动的耦合现象,提出了波激振动机理的新解释,获得了船体非线性弯矩、压力场及运动的大量试验数据. 在此基础上,研究了可用于波浪载荷直接设计计算的理论和方法: 进一步发展了一个计及船底砰击及甲板上浪的非线性切片理论,研究了砰击发生的原因及倍频产生的机理.得到了令人满意的船体在大幅规则波及不规则波中非线性波浪弯矩及合成弯矩(含砰击弯矩)响应的理论计算结果; 在分布源法求解船体扰动速度势的基础上,提出了大幅运动中船体表面非线性水动压力场的修正表达式,推导了能够与压力场相匹配的船体运动数值求解方程组.初步的比较结果是令人鼓舞的. 在研究了船体在波浪中响应的理论预报方法后,以A船为背景,进行了船体结构直接设计的应用研究: 针对不同船舶在一生中的使用环境,分析了海浪资料选用的发展趋势,提出了六种对我国船舶设计具有重要意义的海浪长期分布资料; 研究了船舶在波浪中的实际可能航速,通过理论计算艏底砰击发生的规律与船模水池试验结果的修正,结合一定的失速准则,提出了A型船与波高、航向及船长有关的失速表达式; 对A船的线性及非线性弯矩进行了长期预报计算,并与有关规范作了比较分析,探讨了非线性弯矩及合成弯矩设计值的特点,分析了船体极限强度设计中不同海浪资料对载荷设计值的影响,提出了适用于非线性波浪弯矩及合成弯矩设计值确定的新的设计波浪法; 船体结构的疲劳损伤是影响船舶维修成本和海上航行安全的主要因素之一,本文采用谱分析方法,研究了非线性波浪弯矩及砰击弯矩对船体结构疲劳损伤的影响,分析了短期及长期使用条件下各种损伤估计方法的差别及各种影响因素的作用,得出了许多有意义的结论. 最后,以一艘新型槽道式导弹快艇的设计实例,从初步设计到技术设计,通过砰击压力的实船和模型试验、设计载荷的确定到舱段结构的有限元分析,给出了船体结构直接设计的完整过程.
- 作者：
- 顾学威
- 学位授予单位：
- 中国舰船研究院
- 专业名称：
- 船舶与海洋结构物设计制造
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 1999年
- 导师姓名：
- 沈进威
- 关键词：
- 船舶结构；船舶设计；舰艇；直接设计
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