基于ABS和DNV規(guī)范的某風(fēng)電安裝船屈服強(qiáng)度和屈曲強(qiáng)度有限元分析

【摘要】：由于計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，船舶設(shè)計(jì)的趨勢(shì)正在發(fā)生變化，從原來(lái)的基于規(guī)范設(shè)計(jì)向基于結(jié)構(gòu)分析的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變。盡管基于結(jié)構(gòu)分析的設(shè)計(jì)方法越趨成熟，有限元船體結(jié)構(gòu)分析也十分可靠，但是規(guī)范設(shè)計(jì)法，經(jīng)過(guò)幾個(gè)世紀(jì)的發(fā)展完善和實(shí)踐證明，包含了及其完善深刻的海洋學(xué)內(nèi)容，地位不可取代。本文的目的是結(jié)合以上兩種設(shè)計(jì)方法，考慮所有在船舶壽命期內(nèi)影響其結(jié)構(gòu)安全及性能的因素，從而獲得最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，既滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所要滿足的性能，又具有足夠的安全性。 本文結(jié)合運(yùn)用了設(shè)計(jì)規(guī)范和有限元分析技術(shù)。規(guī)范用于“載荷計(jì)算”和“分析結(jié)果校核”部分，有限元法用于“施加載荷”和“結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析“部分。.施加在結(jié)果上載荷包括結(jié)構(gòu)自重、貨物（風(fēng)機(jī)塔筒）重量、靜水壓力和波浪載荷。結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的校核分析基于有限元軟件；結(jié)構(gòu)載荷計(jì)算與分析規(guī)范采用ABS和DNV。 基于結(jié)構(gòu)分析規(guī)范，本文考慮了兩種典型工況：一種是滿載工況，最大吃水；另一種是空載工況，最小吃水。均采用有限元方法進(jìn)行了分析。 在計(jì)算結(jié)構(gòu)載荷時(shí)，每種工況下的載荷均采用ABS和DNV的規(guī)范分別計(jì)算。 在有限元建模時(shí)，為了結(jié)構(gòu)響應(yīng)更為準(zhǔn)確，采用了完整的全船模型。 在施加載荷時(shí)，采用了ANSYS的APDL語(yǔ)言，編輯載荷/壓力的表格進(jìn)行加載。 在強(qiáng)度校核時(shí)，給出了結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)響應(yīng)，例如應(yīng)力和扭曲變形，并將之與規(guī)范中的許用值比較。由于該風(fēng)電安裝船是由散貨船改裝而來(lái)，因此適用于ABS和DNV的相關(guān)規(guī)范。 【關(guān)鍵詞】：船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 風(fēng)電安裝船 APDL 屈服強(qiáng)度 屈曲強(qiáng)度
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：U674.37
【目錄】：

• ABSTRACT5-6
• 摘要6-10
• 1 CHAPTER 1 INTRODUCTION10-22
• 1.1 What is OWTIS10
• 1.2 Purpose and Significance of Current Research Work10-11
• 1.3 Marine Structural Design Approaches11-12
• 1.3.1 Design by Rules11
• 1.3.2 Design by Analysis11-12
• 1.3.3 Design by Performance Standards12
• 1.4 Design Approaches used in the Current Work12-13
• 1.5 Yielding and Buckling Strength13-15
• 1.6 Literature Survey15-20
• 1.7 Objectives and Scope of Current Work20-21
• 1.8 Organization of the Thesis Report21-22
• 2 CHAPTER 2 SHIP LOADS AND ANALYSIS TYPES22-34
• 2.1 Classification of Loads22-23
• 2.1.1 General Description22-23
• 2.2 Environmental Loading Consideration23-28
• 2.2.1 Wind Forces23-24
• 2.2.2 Current Forces24
• 2.2.3 Wave Loads24-26
• 2.2.4 Diffraction Theory26-27
• 2.2.5 The Wave Force Equation (WFE)27-28
• 2.3 Ship Structure Analysis Techniques28-29
• 2.4 Rules laid down by classification societies29-30
• 2.5 Finite element Analysis (FEA)30-34
• 2.5.1 Types of Finite Element Analysis Performed31
• 2.5.2 Yielding Strength Analysis31-32
• 2.5.3 Yielding Strength Criteria32-33
• 2.5.4 Buckling Strength Analysis33
• 2.5.5 Buckling Strength Criteria33-34
• 3 CHAPTER 3 SHIP STRUCTURE STRENGTH34-68
• 3.1 Introduction34
• 3.2 Modes of Failure34-35
• 3.3 Ship Structural Stresses35-39
• 3.3.1 Stresses under Static Loading in Still Water35-39
• 3.4 Hull Girder Stress39-40
• 3.4.1 Primary Direct Stress39-40
• 3.4.2 Instability Issues40
• 3.5 Finite Element Analysis40-51
• 3.5.1 Development of Finite Element Shell Model of the Ship41-48
• 3.5.2 Selection of Suitable Elements Types48-49
• 3.5.3 Boundary Conditions49-51
• 3.6 Loads Calculations51
• 3.7 ABS Rule Load Calculations51-62
• 3.7.1 Hull Girder Loads Calculation51-52
• 3.7.2 Still Water Loads52
• 3.7.3 Wave Induced Loads52-53
• 3.7.4 External Pressure Calculations53-62
• 3.8 DNV Rule Load Calculations62-64
• 3.8.1 Hull Girder Loads Calculation62
• 3.8.2 Still Water Loads62
• 3.8.3 Wave Induced Loads62-63
• 3.8.4 External Pressure Calculations63-64
• 3.9 Internal Pressure Calculations ABS & DNV Rules (Ballast/Fuel/Fresh Water/Waste Water etc Tanks)64-65
• 3.10 Deck Loads (ABS & DNV Rules)65-66
• 3.11 Crane Loads (ABS & DNV Rules)66
• 3.12 Load Cases Application66-68
• 4 CHAPTER 4 ANALYSIS & RESULTS68-118
• 4.1 Introduction68
• 4.2 OWTIS Specifications68
• 4.3 General Arrangement, Lines Plan68-69
• 4.4 3D Shell Model Generation69-70
• 4.5 Application of Loads70-77
• 4.5.1 Application of External Sea Pressures70-74
• 4.5.2 Application of Internal Tank Pressures74-75
• 4.5.3 Application of Crane Loads75
• 4.5.4 Application of Decks Loads75-77
• 4.6 Analysis as per ABS Rules77-107
• 4.6.1 Load Case ABS 9.5 PH1 (Pure Sagging)77-80
• 4.6.2 Load Case ABS 9.5 PH2 (Pure Hogging)80-82
• 4.6.3 Load Case ABS 9.5 PF1 (Sagging)82-85
• 4.6.4 Load Case ABS 9.5 PF2 (Hogging)85-88
• 4.6.5 Load Case ABS 9.5 PR1 (Maximum Roll)88-90
• 4.6.6 Load Case ABS 9.5 PR2 (Maximum Roll)90-92
• 4.6.7 Load Case ABS 9.5 PP1 (Maximum External Pressure)92-95
• 4.6.8 Load Case ABS 9.5 PP2 (Maximum External Pressure)95-97
• 4.6.9 Load Case ABS 4.5 PH1 (Pure Sagging)97-98
• 4.6.10 Load Case ABS 4.5 PH2 (Pure Hogging)98-100
• 4.6.11 Load Case ABS 4.5 PF1 (Sagging)100-101
• 4.6.12 Load Case ABS 4.5 PF2 (Hogging)101-102
• 4.6.13 Load Case ABS 4.5 PR1 (Maximum Roll)102-103
• 4.6.14 Load Case ABS 4.5 PR2 (Maximum Roll)103-105
• 4.6.15 Load Case ABS 4.5 PP1 (Maximum External Pressure)105-106
• 4.6.16 Load Case ABS 4.5 PP2 (Maximum External Pressure)106-107
• 4.7 Analysis as per DNV Rules107-112
• 4.7.1 Load Case DNV 9.5 (Full Load Condition)107-109
• 4.7.2 Load Case DNV 4.5 (Normal Ballast Condition)109-112
• 4.8 Results112-113
• 4.9 Determination of Critical Rule Stresses113-116
• 4.9.1 Determination of Allowable Yielding Stresses from ABS Rules113
• 4.9.2 Determination of Allowable Yielding Stresses from DNV Rules113
• 4.9.3 Determination of Allowable Buckling Stress using ABS Rules113-115
• 4.9.4 Determination of Allowable Buckling Stress using DNV Rules115-116
• 4.10 Comparison116-118
• 4.10.1 Comparison of FEA and Critical Stresses as per ABS Rules116-117
• 4.10.2 Comparison of FEA and Critical Stresses as per DNV Rules117
• 4.10.3 Conclusion117-118
• ConCLUDING REMARKS AND FUTURERECOMMENDATIONS118-120
• Concluding Remarks118
• Recommendations for Future Work118-120
• REFERENCES120-124
• ACKNOWLEDGEMENTS124

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