高速三体船结构设计问题_图文

1、 高速三体船结构设计问题临的首要问题是缺乏一套成熟的设计依据,且国内无母型船可供参考。本文介绍了高速三体船的结构设计,并在此基础上论述了该船型结构设计中外载荷预报和结构强度分析评估等关键船体结构问题;同时根据三体船受力特点,还提出了三体船在进行强度校核时各种载荷的组合方案和施加方式,可供结构设计人员全面、合理地进行强度分析参考。1高速三体船结构设计三体船结构设计和建造方面的文献非常少,三体船的外载荷和结构性能研究尚处于起步阶段。目前只有英国劳氏船级社基于“海神”号三体试验舰的研究开发了三体船规范,但该规范并不独立,需结合劳氏船级社的其他规范开展设计。对于高速三体船,根据英国劳氏三体船规范主体中

2、横剖面(Rules For The Classification Of Trimarans2006,并结合英国劳氏特殊船规范(Rules And Regulations For The Classifcation Of Special Service Craft2006进行结构布置设计,选取构件尺寸。七O八研究所开展了一条高速三体目标船的设计,目标船主尺度参见相关文献2。该船主甲板及连接桥结构采用纵向构架型式;中间主体的外底、内底、及舷侧采用纵向构架型式,主体船首部位考虑到施工工艺局部采用横向构架型式;两旁片体的底部及舷侧采用纵向构架型式,片体船首部位局部采用横向构架型式;其余处所如下甲板、上

3、层建筑及轻围壁均采用横向构架型式。本船理论肋距在船中部为700mm,在船艏艉为600mm,实际肋距根据总体布置及船体结构在船长的不同部位取为l000mm 一2000mm。船体结构的甲板、底部、舷侧及连接桥纵骨间距根据布置略有差异,约在500mm左右。主体和片体中横剖面图见图1。图l主体和片体中横剖面图片体中横剖面 31 高速三体船结构设计问题 作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期： 被引用次数： 朱东华， 刘见华 朱东华(海军驻大连426厂军事代表室,大连,116001， 刘见华(七八研究所,上海,200011 船舶 SHIP & BOAT 2010，21(1 0次 参考

4、文献(4条 1.卢晨,肖熙.高速五体船结构设计的几个关键问题J.船舶,2004.5. 2.吴帆行,刘见华,黄守成.三体船垂向波浪载荷预报J.船舶,2008.6. 3.Dario Boote,Tommaso Colaianni,Cesare Rizzo.Structur al Analysis of a Trimaran Fast FerryJ.FAST 2003. 4.Lloyd' s Register.Rules For The Classification Of Trimarans 2006S. 相似文献(5条 1.学位论文 杨赵华 高速三体船结构轻型化设计研究 2008 高速三体

5、船是近年新开发出来的一种高性能船舶，与常规船型相比，其航行阻力小，具有良好的快速性和适航性，并具有广阔的主甲板空间。高速 三体船用作军船还有防护能力好、破损稳性好、利于武器系统分散布置和利于直升机操作以及隐蔽性好等特点，由于这些优势，高速三体船在军舰和民 用船舶等领域具有十分广阔的发展前景。国内外对高速三体船的研究也十分投入，内容主要集中在水动力理论、模型试验和概念设计等方面，关于三体 船的结构设计研究还比较少。 在高速三体船的结构设计时，由于其特殊复杂的船体结构形式，必将承受较大的横向波浪弯矩和扭转力矩，为保证其刚度和强度，就必须加大构件 尺寸，致使总体重量大为增加。然而，不管哪种类型的高速

6、船，对自身的重量都非常敏感。如何解决减轻自重与保证船体刚度与强度之间的矛盾，已成 为高速三体船设计中急需解决的重要问题之一。 三体船结构中最重要的是连接桥结构，本文主要从两个方面对连接桥进行结构轻型化设计研究，即建造材料的轻型化和结构形式的轻型化。本文首 先对三种轻型船舶建造材料进行了介绍，然后对三体船连接桥承受的载荷类型进行了分析，确定了三种主要载荷。在优选三体船连接桥的结构形式时 ，本文按照规范设计了横骨架式、纵骨架式和密加筋骨架式三种板架结构模型，并分别研究了其在三种载荷工况下的应力及响应特点，通过对比分析确 定了较优的连接桥结构形式。 本文对三体船连接桥区域的立体舱段进行了结构初步设计

7、，其中连接桥结构分别以铝合金和高强度钢作为建造材料而设计了两个模型，对比了这两 个模型的重量，并对这两个模型在三种载荷工况下的应力特点进行了有限元计算，最后分析和总结了合金铝质连接桥结构在各载荷工况下的应力分布特 点。 最后根据连接桥区域的应力分布特点，对连接桥与主船体及侧船体连接处的结构形式进行了局部优化，设计了三种连接结构模型，并对这三种模型 在三种载荷工况下的应力特点进行了计算和对比分析研究，得出了相关结论，可为今后三体船的结构设计提供参考。 2.学位论文 董威 高速三体船的动态特性研究 2008 近年来，高速三体船作为一种高性能新船型，正在引起人们很大的关注。由于其独特的船型、优良的性

8、能及在主要技战术性能方面的诸多优势，三 体船必将在军用、民用市场有广阔的应用前景，甚至有人提出将高速三体船用作航母的构想。与一般船舶一样，高速三体船在水中航行时，受各种激励 的影响也可能会产生有害振动，这与人们对船舶质量、使用性能及船员生活环境愈来愈高的要求形成了矛盾。因此，必须在船舶设计阶段对高速三体船 总振动性能进行预报，以便在结构设计方面采用合理方案和必要的措施防止船体有害振动的发生。 本文以初步设计出的高速三体船为例，利用流体动力学软件FLUENT及大型通用有限元软件ANSYS对其总振动附连水质量及总振动模态进行分析研究。 研究的主要内容如下： 1 参考单圆柱体附连水质量理论及双圆柱体

9、附连水质量的试验研究结果，利用流体动力学软件Fluent数值计算三圆柱体附连水质量。计算结果表明 ，当1S/D16时，随着S/D1的值的增大，12与3均逐渐减小，但是都大于1。即三圆柱体的附连水质量大于三个同尺度的单圆柱体的附连水质量之 和，说明间距S对附连水质量有影响。由此推论，三体船的片体的存在将使附连水质量增加。根据计算结果初步拟合得出三体船垂向振动单位长度的附连 水质量的求取公式。 2 本文针对初步设计出的高速三体船分别进行了干模态与湿模态计算。由于附连水质量仅影响频率的大小，而对三体船自由振型没有影响，从而由 于模态计算得出三体船的前4阶总振型。 3.学位论文 邓乐 高速三体船结构力

10、学特性研究 2008 船体的结构设计一般是采用规范设计和直接计算两种方法来完成。由于船舶尺度的增大以及新船型的开发，世界各国的船级社都在寻找既先进科学 又合理可靠的新的设计方法，因此船舶结构强度直接计算法的应用日趋广泛。由于船舶结构本身以及外部载荷的复杂性，准确预报结构强度是一项非常 困难的任务。有限元的出现使传统的船舶结构力学发生了根本变革，过去手算方法不能解决的问题，用有限元法可迎刃而解，并能进行整体结构分析 ，从而改变了传统的把总强度与局部强度分开来进行计算的概念。 三体船是近年来倍受国内外关注的一种新船型。与单体船和双体船相比，三体船具有良好的横稳性、耐波性、兴波阻力特性，以及总布置灵

11、活和较 好的生存能力等，已成为国内外新船型研究的热点。由于三体船本身结构和载荷的复杂性，其结构分析较单体船和双体船要复杂，对其研究设计工作还 非常有限，国内外尚无相应的设计依据。 本文从三体船的研究现状入手，分析了该船型的结构特点和总体性能，对其所受载荷进行了初步的分析探讨，参考有关规范和文献，对一艘长54m的 小水线面三体船结构进行初步的设计，并采用有限元程序建立全船的有限元模型，进行全船的有限元分析，给出其应力的分布规律，着重分析连接桥部 位的应力分布，对该新型船舶结构的受力特征和载荷在结构内部传递的路径进行初步的认识了解。全船有限元分析的关键在于外载荷的平衡调整，本文 基于优化设计的思想

12、，提出一种载荷平衡调整的方法，运用该方法得到该三体船在各工况下的吃水及纵倾角度。在外载荷基本平衡的条件下，利用惯性 释放进行边界条件的处理。 本文还对连接桥的湿甲板板架进行了在砰击载荷下的弹塑性瞬态动力响应的计算分析，并在重量基本相等的条件下，对横骨架式、纵骨架式和密加 筋三种结构形式的动力响应进行了比较，数值模拟的结果表明密加筋的结构形式抵抗砰击能力要优于横骨架式和纵骨架式结构。 4.学位论文 杨德喜 高速三体船结构设计与强度评估 2009 5.学位论文 郭俊伟 小水线面三体船结构水动力分析 2007 进入21世纪以来，各种高性能船舶的研究越来越多，在三体船方面，主要集中在细长型三体船(高速

13、三体船及小水线面中体三体船上。而近两年来 ，QinetiQ公司和OTG公司为了解决欧洲北海恶劣环境下油田生产及维护问题，设计出了一种小水线面三体船(三个片体均为小水线面船型。本文就是受 到这种新船型的启发，根据以往小水线面双体船的设计经验，先设计一个小水线面三体船下体模型(包括主甲板、连接桥及三个片体。然后，基于小水 线面双体船运动响应分析的成熟理论，提出了求解小水线面三体船运动响应预报的方法，通过求解在规则波中小水线面三体船横向运动响应函数，并利 用ITTC双参数海浪谱将其预报到不规则波中得到小水线面三体船的响应统计值。接着，根据船级社规范在计算小水线面双体船横向波浪设计载荷的建议 公式，对小水线面三体船的横向波浪设计载荷进行估算：并参考2005年CCS海上高速船入级与建造规范对小水线面三体