基于ABS和DNV规范的某风电安装船屈服强度和屈曲强度有限元分析

【摘要】：由于计算机软硬件技术的飞速发展，船舶设计的趋势正在发生变化，从原来的基于规范设计向基于结构分析的设计转变。尽管基于结构分析的设计方法越趋成熟，有限元船体结构分析也十分可靠，但是规范设计法，经过几个世纪的发展完善和实践证明，包含了及其完善深刻的海洋学内容，地位不可取代。本文的目的是结合以上两种设计方法，考虑所有在船舶寿命期内影响其结构安全及性能的因素，从而获得最优化的设计方案，既满足结构设计所要满足的性能，又具有足够的安全性。 本文结合运用了设计规范和有限元分析技术。规范用于“载荷计算”和“分析结果校核”部分，有限元法用于“施加载荷”和“结构强度分析“部分。.施加在结果上载荷包括结构自重、货物（风机塔筒）重量、静水压力和波浪载荷。结构强度的校核分析基于有限元软件；结构载荷计算与分析规范采用ABS和DNV。 基于结构分析规范，本文考虑了两种典型工况：一种是满载工况，最大吃水；另一种是空载工况，最小吃水。均采用有限元方法进行了分析。 在计算结构载荷时，每种工况下的载荷均采用ABS和DNV的规范分别计算。 在有限元建模时，为了结构响应更为准确，采用了完整的全船模型。 在施加载荷时，采用了ANSYS的APDL语言，编辑载荷/压力的表格进行加载。 在强度校核时，给出了结构的各项响应，例如应力和扭曲变形，并将之与规范中的许用值比较。由于该风电安装船是由散货船改装而来，因此适用于ABS和DNV的相关规范。 【关键词】：船舶结构设计 风电安装船 APDL 屈服强度 屈曲强度
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U674.37
【目录】：

• 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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