巴拿马型集装箱船结构优化设计研究

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近年来，随着全球贸易的发展，集装箱船发展很快,已成为船舶运输网络中重要的组成部分。现代大型集装箱船为了存放更多的集装箱,争取更大存放空间,有甲板大开口和舱口围板结构,并且在船首部、尾部设计中也尽量争取更多空间存放集装箱,但这给船舶的结构强度带来了特殊的要求。本文依据CCS规范建立了考虑弯扭强度约束和频率约束的巴拿马型集装箱船中剖面优化设计数学模型。依据CCS规范，模型考虑了规范中所要求的正应力要求、剪应力要求、稳定性要求和尺寸界限要求；根据薄壁杆件扭转理论，模型也考虑集装箱船水平扭矩和货物扭矩引起的剪应力；根据船体梁振动理论估算船体垂向总振动固有频率，模型还考虑了频率约束，使其避开主机转速。在依据规范建立的优化数学模型基础上，用VC编译可执行程序，控制变量的输入输出以及变量之间的约束关系；运用自适应模拟退火算法，在ISIGHT平台上集成VC可执行程序，建立基于规范法的考虑离散变量集的集装箱中剖面优化设计系统。对3100TEU集装箱中剖面进行了优化计算，优化结果中剖面面积减小了9.67％，同时满足了强度及稳定性的要求。中剖面优化完成后，本文研究了基于CCS规范的巴拿马型集装箱船横舱壁结构的优化设计，提出了高效的优化方案。对3100TEU集装箱船的横舱壁结构进行了优化计算，优化结果重量下降了2.52％。本文还研究了基于直接计算法的巴拿马型集装箱船舱段结构优化设计系统。采用PATRAN程序的PCL语言，建立了具有三道横向支撑舱壁和两道水密舱壁的巴拿马型集装箱船1/2+1+1/2舱段的参数化有限元模型，作为优化的有限元分析平台；构建了集装箱船舱段结构优化模型；实现了NASTRAN与ISIGHT的集成；通过在ISIGHT上的参数设计，建立了基于直接算法的考虑离散变量集的巴拿马型集装箱船舱段结构优化设计系统，对3100TEU集装箱船舱段结构进行了优化计算，优化结果重量下降了17.44％。本文在大型通用优化软件上对舱段结构进行了初探性拓扑优化设计和尺寸优化设计，旨在为集装箱船舱段结构的概念设计提供参考。

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作者
张丽;
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作者单位

上海交通大学;

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授予单位上海交通大学;
学科工程力学
授予学位硕士
导师姓名王德禹;
年度 2008
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 U674.131.02;
关键词
集装箱船; 船舶结构; 结构设计; 弯扭强度;

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