發(fā)布時間：2017-10-22 09:16

  本文關(guān)鍵詞：散貨船結(jié)構(gòu)輕量化及振動控制研究

  更多相關(guān)文章： 船舶輕量化 動力學分析 多剛體等效模型 參數(shù)化建模 多目標優(yōu)化

【摘要】：面對越來越嚴重的環(huán)境和能源問題,船舶輕量化的重要性日益凸顯。從局部艙段到整船,國內(nèi)外學者利用有限元方法及各類有限元軟件進行了大量研究。參數(shù)化的應用使船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化取得了較大的發(fā)展,提高了研究效率,獲得了更好的效果。經(jīng)過閱讀文獻、仔細思考,可以發(fā)現(xiàn)在船舶結(jié)構(gòu)輕量化方面,依然存在著不少值得深入研究的地方,特別是形成一種能夠解決一系列類似問題的指導方法,因此針對有限元分析的缺點與不足,本文以一艘54m機動散貨船為研究對象,對以下幾個部分進行了研究,以此希望對船舶結(jié)構(gòu)輕量化研究提供更多有價值的參考。(1)全船動力特性分析。建立了全船有限元模型,確定了邊界條件,計算了船舶激振頻率禁區(qū)、附連水質(zhì)量,進行了全船動力特性分析,得出了散貨船全船的固有頻率。結(jié)果表明該船舶還有一定的優(yōu)化空間。(2)散貨船分段剛體等效模型的建立。提出了一種新的等效方法,將彈性船體模型轉(zhuǎn)換為分段剛體模型,成功引入到多剛體動力學軟件,使模型可在多剛體動力學軟件中進行分析,達到既減小模型規(guī)模、加快分析速度,又可加入多種影響因素的目的。此等效方法既保留了傳統(tǒng)傳遞矩陣法的傳遞思想,可以達到工程精度要求,又使分析對象保持了原本的幾何形狀,保證了船體等效為剛體后在多剛體動力學軟件中運行的必要條件與意義。本文從理論上詳細論述了分段剛體等效思想,選用桿、軸、梁模型進行了等效方法可行性與有效性的驗證。其后研究了散貨船機艙主要機械設備、附連水質(zhì)量、邊界條件的等效方法,確定了散貨船等效成分段剛體時原始數(shù)據(jù)的選取規(guī)則,進而建立了散貨船的分段剛體模型。(3)散貨船分段剛體模型的參數(shù)化設計。通過分析船體實際結(jié)構(gòu),選取了縱、橫向主要骨材構(gòu)件的長、寬、高作為設計變量,將全船構(gòu)件分組,編寫了各個構(gòu)件的表達式,總結(jié)了通用的表示方法,獲得了參數(shù)化的散貨船分段剛體模型。當骨材構(gòu)件的長、寬、高任一尺寸發(fā)生變化時,模型屬性皆可作出相應改變。進行了設計變量的靈敏度分析,篩選出了對于質(zhì)量、固有頻率靈敏度較大的設計變量,將其作為最終的全船輕量化設計變量。建立了效果顯著且快捷實用的分段剛體參數(shù)化模型,為參數(shù)化優(yōu)化提供了基礎。(4)散貨船的多目標優(yōu)化。闡述了優(yōu)化的步驟,介紹了多目標優(yōu)化的優(yōu)點,計算了全船外板、骨材構(gòu)件尺寸約束條件,選擇了全船質(zhì)量最輕和第二階固有頻率最小作為優(yōu)化目標,進行了散貨船輕量化和被動振動控制研究。獲得了既滿足質(zhì)量最輕又使第二階固有頻率最小優(yōu)化的質(zhì)量結(jié)果、頻率結(jié)果及相應構(gòu)件的尺寸。結(jié)果表明,散貨船總質(zhì)量減少了2.7%;第二階固有頻率減少了3.1%。進行多目標優(yōu)化,既可減少船舶總質(zhì)量,在動力學上又增加了頻率儲備。(5)全船靜力強度的校核。對優(yōu)化后的散貨船模型進行了有限元強度校核,檢驗優(yōu)化后的外板、骨材尺寸能否達到強度要求。結(jié)果表明優(yōu)化后的船舶性能符合規(guī)范要求,同時所得結(jié)果也說明了所用輕量化方法不僅有著較好的可行性,還有著巨大的工程價值和社會意義。(6)相對移動的物體與船舶相互作用的研究。總結(jié)并計算了散貨船受到的各種振動激勵,將其等效后添加在分段剛體等效模型上。利用充液系統(tǒng)動力學的理論,將壓載水分為三種情況進行等效,等效為固定質(zhì)量塊和單擺的形式;貨物的等效則以貨物重心移動的軌跡為約束,建立了晃動的壓載水與相對移動貨物等效模型,探討了相對移動的物體與散貨船的互相影響。針對船舶橫搖運動,對比了不同貨物模擬方法的區(qū)別,驗證了壓載水對維持船舶穩(wěn)性的作用。校核優(yōu)化后的船舶穩(wěn)性,結(jié)果表明,優(yōu)化后船舶穩(wěn)性良好,滿足規(guī)范要求與實際需要。
【關(guān)鍵詞】：船舶輕量化 動力學分析 多剛體等效模型 參數(shù)化建模 多目標優(yōu)化
【學位授予單位】：濟南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U674.134
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 課題研究背景及意義12-13
• 1.2 輕量化的研究現(xiàn)狀13
• 1.3 船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究現(xiàn)狀13-17
• 1.3.1 有限元法在船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究14-15
• 1.3.2 船舶的參數(shù)化建模15-16
• 1.3.3 靈敏度分析16-17
• 1.4 船舶的受力分析17-18
• 1.5 船舶模型的簡化18-19
• 1.6 多剛體動力學的研究現(xiàn)狀19-20
• 1.7 振動控制20-21
• 1.8 本文主要研究內(nèi)容21-22
• 1.9 本章小結(jié)22-24
• 第二章 全船有限元分析24-38
• 2.1 有限元的基本思想24-25
• 2.2 船舶的主要參數(shù)25-26
• 2.3 全船有限元模型26-27
• 2.4 全船動力特性分析27-37
• 2.4.1 附連水的計算28-33
• 2.4.2 邊界條件33
• 2.4.3 船舶激振頻率禁區(qū)33-35
• 2.4.4 全船動力特性分析結(jié)果35-37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 第三章 散貨船分段剛體模型的建立38-64
• 3.1 懸臂梁模型的驗證39-49
• 3.1.1 桿的縱向拉伸模型39-42
• 3.1.2 軸的扭轉(zhuǎn)模型42-45
• 3.1.3 懸臂梁的彎曲模型45-48
• 3.1.4 ADAMS中分段剛體模型的實現(xiàn)及模型檢驗48-49
• 3.2 散貨船分段剛體模型的建立49-63
• 3.2.1 機艙主要機械設備的建立50-52
• 3.2.2 分段模型的附連水質(zhì)量52-59
• 3.2.3 邊界條件的建立59
• 3.2.4 原始數(shù)據(jù)的選取規(guī)則59-60
• 3.2.5 全船分段剛體模型的振動分析結(jié)果60-63
• 3.3 本章小結(jié)63-64
• 第四章 散貨船分段剛體模型的參數(shù)化設計64-74
• 4.1 參數(shù)化設計64-68
• 4.2 參數(shù)化分析68-70
• 4.3 靈敏度分析70-72
• 4.4 本章小結(jié)72-74
• 第五章 全船結(jié)構(gòu)多目標優(yōu)化74-86
• 5.1 多目標優(yōu)化的基本理論74-75
• 5.1.1 多目標優(yōu)化要素74-75
• 5.1.2 優(yōu)化問題的處理步驟75
• 5.2 全船結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究75-84
• 5.2.1 全船構(gòu)件尺寸約束75-78
• 5.2.2 全船結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程78-82
• 5.2.3 全船優(yōu)化結(jié)果及分析82-84
• 5.3 本章小結(jié)84-86
• 第六章 全船有限元靜力強度校核86-92
• 6.1 載荷86-88
• 6.2 強度準則88
• 6.3 靜力分析結(jié)果88-91
• 6.4 本章小結(jié)91-92
• 第七章 振動激勵92-100
• 7.1 螺旋槳激勵92-94
• 7.2 柴油機激勵94-96
• 7.3 波浪激勵96-98
• 7.4 其他激勵98
• 7.5 在模型上的添加方法98-99
• 7.6 本章小結(jié)99-100
• 第八章 相對移動的物體100-122
• 8.1 壓載水的等效100-110
• 8.2 貨物的等效110-116
• 8.3 相對移動的物體與散貨船的互相影響116-120
• 8.4 本章小結(jié)120-122
• 第九章 總結(jié)與展望122-126
• 9.1 總結(jié)122-123
• 9.2 論文的創(chuàng)新性及意義123-124
• 9.3 展望124-126
• 參考文獻126-132
• 致謝132-134
• 附錄 碩士期間的成果和獎勵134

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 邱麗芳;霍明磊;李威;;六桿柔順機構(gòu)的偽剛體模型[J];北京科技大學學報;2013年05期

2 田亞平;康軍鳳;;基于3R偽剛體模型的柔順桿動力學建模及分析[J];機械傳動;2013年05期

3 于會濤;孫洪;馬培蓀;;基于偽剛體模型法的柔順機構(gòu)驅(qū)動特性研究[J];傳動技術(shù);2006年04期

4 馮忠磊;余躍慶;王雯靜;;模擬柔順機構(gòu)中柔順桿件末端特征的2R偽剛體模型[J];機械工程學報;2011年01期

5 李姣;李瑞琴;;平面柔順機構(gòu)偽剛體模型的動力學分析[J];建設機械技術(shù)與管理;2012年12期

6 季宏宇;;改進算法的非剛體模型碰撞檢測研究[J];硅谷;2011年22期

7 胡永陶,符世祥,曾建華,洪景豐;脈沖堆堆芯結(jié)構(gòu)抗震分析[J];核動力工程;1991年01期

8 邢宇帆;應用剛體模型表面瞬壓積分法研究高層建筑脈動響應[J];廣州建筑;2001年02期

9 王營;張興準;;系統(tǒng)運動對彈性梁固有頻率的影響[J];振動與沖擊;1990年02期

10 邱麗芳;楚紅巖;楊德斌;王濤;;基于偽剛體模型的多層LEMs建模與仿真[J];農(nóng)業(yè)機械學報;2013年09期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 吳永禎;張本悟;趙志成;武清璽;;人體有限塊剛體模型的動力學計算[A];第四屆全國運動生物力學學術(shù)會議論文集（一）[C];1983年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 戴瑜;履帶式集礦機海底行走的單剛體建模研究與仿真分析[D];中南大學;2010年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 馮忠磊;柔順機構(gòu)的2R偽剛體模型研究[D];北京工業(yè)大學;2010年

2 孫東波;柔順儲能腳的偽剛體建模研究[D];燕山大學;2010年

3 劉晗;散貨船結(jié)構(gòu)輕量化及振動控制研究[D];濟南大學;2015年

4 崔錦羽;基于虛擬樣機的ATV舒適性仿真分析[D];重慶大學;2008年

5 匡振中;基于內(nèi)容的非剛體模型檢索的研究[D];中國石油大學（華東）;2013年

6 張建銳;大變形柔順仿生足的剛度特性研究[D];燕山大學;2009年

7 艾森;大型整流罩分離仿真研究[D];大連理工大學;2015年

，

本文編號：1077722