散货船上层建筑分段整体吊装强度
摘 要摘 要随着我国海洋事业的发展，成为世界造船强国已成为新一代造船人共同奋斗的目标。现如今，造船厂在追求提升造船质量的同时，如何提升造船效率也成为他们工作的重点。因此造船业提出了与上层建筑相关的整体吊装技术。该工艺的提出，大大缩减了船舶建造周期，更有效地利用船坞船台。近年来，上层建筑重量和体积越来越大，刚性越来越小，使得上层建筑整体吊装工艺的实施难度在不断提高。如何设计出合理的吊装方案，如何控制上建的结构变形，是当今船舶建造业的热点问题。本文作者查阅了大量有关资料，对上层建筑整体吊装技术进行系统的研究，学习了与上层建筑整体吊装工艺相关的有限元技术，并以176,000DWT散货船为例，对其上层建筑的整体吊装进行分析。根据船体上层建筑资料，借鉴其他整体吊装成熟案例，制订了初步吊装方案，通过应用有限元软件对上层建筑进行模型建造，模拟吊装时的受力情况，分析实验结果，找出上层建筑在吊装过程中强度刚度略显不足的部位，提出了改进方案，并借助有限元技术再一次建模分析，将实验结果与之前结果进行对比，得出较为合理的整体吊装方案。关键词：上层建筑；整体吊装；有限元目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题背景以及研究意义 1
1.2 国内外研究现状对比 1
1.3 本文所研究的内容及研究步骤 2
1.3.1 本文研究内容 2
1.3.2 研究步骤 3
第二章 船舶上层建筑整体吊装技术说明 4
2.1 上层建筑整体吊装技术的介绍 4
2.2 上层建筑整体吊装关键技术 4
2.3 上层建筑的整体吊装工艺流程 6
2.4 整体吊装工艺的发展趋势 6
2.5 176,000DWT散货船上层建筑整体吊装方案初步设计 7
2.5.1 176,000DWT散货船上层建筑有关说明 7
2.5.2 176,000DWT散货船上层建筑整体吊装初步方案 7
第三章 有限元分析法在上层建筑整体吊装中的应用 9
3.1 有限元法的相关说明 9
3.1.1 有限元法的具体介绍 9
3.1.2 有限元法在工程中的应用 9
3.1.3 有限元法在船
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
2.5.1 176,000DWT散货船上层建筑有关说明 7
2.5.2 176,000DWT散货船上层建筑整体吊装初步方案 7
第三章 有限元分析法在上层建筑整体吊装中的应用 9
3.1 有限元法的相关说明 9
3.1.1 有限元法的具体介绍 9
3.1.2 有限元法在工程中的应用 9
3.1.3 有限元法在船舶行业的应用 10
3.2 有限元软件Nastran和Patran的相关介绍 10
3.3 有限元法建模的实施过程 11
3.3.1建模过程的具体说明 12
3.3.2 质量模型 13
3.3.3 载荷模型 13
3.3.4 边界条件 14
3.4 建模总结 14
第四章 上层建筑吊装强度有限元分析 19
4.1上层建筑吊装强度有限元计算简介 19
4.2上层建筑结构应力分析 19
4.2.1上层建筑应力分析 19
4.2.2上层建筑应力分析总结 23
4.3上层建筑结构应变分析 23
4.3.1上层建筑应变分析 23
4.3.2减小应变量的措施 28
4.4吊排的应力分析 29
4.4.1原吊装方案下吊排应力分析 29
4.4.2改进后吊排的应力分析 31
4.5 176,000DWT散货船上层建筑整体吊装方案的确定 32
第五章 总结 34
致 谢 35
参考文献 36
第一章 绪论
1.1 选题背景以及研究意义
伴随着造船工艺水平的不断提高，造船人在追求质变的同时，开始将精力投放在量变之上，如何缩短船舶建造周期成了国内外造船厂共同关注的课题，在此大背景下，上层建筑整体吊装技术应运而生。
众所周知，传统船舶上层建筑是不承受船体主要载荷的船体总段，它的重量比船体其他同等体积的分段要小很多，这样就给了船舶上层建筑整体吊装技术顺利实施的可能。上层建筑整体吊装是二十世纪新兴发展的工艺，该工艺的核心是将船体主甲板以上的上层建筑部分以总段的形式进行整体吊装，其具体实施过程是船舶上建部分先行在搭载平台上进行各层甲板的合拢，从而形成总段，与此同时预舾装和涂装工作同步展开，随后将总段整体吊装，在水上与主船体合拢，再进行少量的底层焊接以及电缆和管子与主船体连接等工作。运用上层建筑整体吊装，可以大幅缩减船舶生产周期，大大提高船厂的劳动生产率，而且能够降低造船的整体成本[1]。因此对上层建筑实施整体吊装水上合拢，对于目前的船厂发展具有重要意义。
船舶上层建筑整体吊装技术现如今在国内外许多大型船厂已经普遍运用，但亦有其局限性，受到许多条件的制约。对于上建自身而言，随着人们对船舶性能的高要求，上层建筑已经打破其原有质量轻，承受载荷小的特点，现如今的上层建筑体积愈发庞大，舾装的密度同样越来越大，刚度和强度和以往比较弱了许多，这样，在吊装过程中极易发生塑性变形和应力超过许用应力的现象，对于上层建筑整体吊装工作的实施增添了很大难度；对于船厂而言，起吊能力，搬运设备，场地和吊装设计水平等等，同样制约着该技术的实施[2]。因此，目前对于大型上层建筑而言，很难运用整体吊装技术，迄今为止上层建筑整体吊装重量最大不超过千吨。
1.2 国内外研究现状对比
从近年来各国造船订单总量的统计中来看，造船业当前依旧呈现着中韩日欧四家分割整个世界造船市场的格局。从技术水平、产品类型、生产规模以及船东群体等方面看，韩国和日本是我国造船业的主要竞争对手。
对于在上层建筑整体吊装技术的应用上，我国与日本韩国等国家仍有较大差距，为了上层建筑吊装工程的顺利实施，韩日的一些造船企业专门为之革新了老式起重设施、购置了新的起重设备，特别是起吊能力800吨甚至1000吨的大型门吊，从而间接提高了上层建筑整体的预舾装率，大大提高了生产效率，使造船节奏进一步加快。
经查阅资料，我们可以意识到，日本的造船企业早在2008年就已经拥有了13 座起吊能力达到或超过800吨的门吊；此外，韩国造船厂为克服场地不足和设施有限的困难纷纷开发并采用“平地造船法”及与之相近的新型造船方法，为大型上层建筑在地面上的搭建提供了可能[3]。据统计，目前，日韩船厂上层建筑在地面的舾装完整性已达到所有舾装工作任务量的九成，即上层建筑整体吊装后，需要在码头完成的收尾工作仅有不到10%的任务量，也就是说，船舶下水后仅需要大概两周的时间就可以完成所有的吊装工作，从下水到交船只需要不到一个月的时间，大大缩短了码头的使用周期[4]，这种效率是国内船厂难以企及的。
再看国内方面，国内造船企业中，上层建筑整体吊装技术的运用并不普遍，拥有较为成熟的上层建筑整体吊装技术的船厂仍然占少数，主要集中在一些国有大中型船厂，像中国船舶工业集团公司及中国船舶重工集团公司下属的骨干型船厂，在这些大型船厂中，上层建筑整体吊装之前预舾装完整性较好的船厂有上海外高桥船厂和沪东中华船厂等，目前这些船厂的上层建筑预舾装完整性达到了八成以上，虽在效率上比传统吊装模式提升了很多，但与日韩等国的技术仍存有一定差距。
1.3 本文所研究的内容及研究步骤
1.3.1 本文
第一章 绪论 1
1.1 选题背景以及研究意义 1
1.2 国内外研究现状对比 1
1.3 本文所研究的内容及研究步骤 2
1.3.1 本文研究内容 2
1.3.2 研究步骤 3
第二章 船舶上层建筑整体吊装技术说明 4
2.1 上层建筑整体吊装技术的介绍 4
2.2 上层建筑整体吊装关键技术 4
2.3 上层建筑的整体吊装工艺流程 6
2.4 整体吊装工艺的发展趋势 6
2.5 176,000DWT散货船上层建筑整体吊装方案初步设计 7
2.5.1 176,000DWT散货船上层建筑有关说明 7
2.5.2 176,000DWT散货船上层建筑整体吊装初步方案 7
第三章 有限元分析法在上层建筑整体吊装中的应用 9
3.1 有限元法的相关说明 9
3.1.1 有限元法的具体介绍 9
3.1.2 有限元法在工程中的应用 9
3.1.3 有限元法在船
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
2.5.1 176,000DWT散货船上层建筑有关说明 7
2.5.2 176,000DWT散货船上层建筑整体吊装初步方案 7
第三章 有限元分析法在上层建筑整体吊装中的应用 9
3.1 有限元法的相关说明 9
3.1.1 有限元法的具体介绍 9
3.1.2 有限元法在工程中的应用 9
3.1.3 有限元法在船舶行业的应用 10
3.2 有限元软件Nastran和Patran的相关介绍 10
3.3 有限元法建模的实施过程 11
3.3.1建模过程的具体说明 12
3.3.2 质量模型 13
3.3.3 载荷模型 13
3.3.4 边界条件 14
3.4 建模总结 14
第四章 上层建筑吊装强度有限元分析 19
4.1上层建筑吊装强度有限元计算简介 19
4.2上层建筑结构应力分析 19
4.2.1上层建筑应力分析 19
4.2.2上层建筑应力分析总结 23
4.3上层建筑结构应变分析 23
4.3.1上层建筑应变分析 23
4.3.2减小应变量的措施 28
4.4吊排的应力分析 29
4.4.1原吊装方案下吊排应力分析 29
4.4.2改进后吊排的应力分析 31
4.5 176,000DWT散货船上层建筑整体吊装方案的确定 32
第五章 总结 34
致 谢 35
参考文献 36
第一章 绪论
1.1 选题背景以及研究意义
伴随着造船工艺水平的不断提高，造船人在追求质变的同时，开始将精力投放在量变之上，如何缩短船舶建造周期成了国内外造船厂共同关注的课题，在此大背景下，上层建筑整体吊装技术应运而生。
众所周知，传统船舶上层建筑是不承受船体主要载荷的船体总段，它的重量比船体其他同等体积的分段要小很多，这样就给了船舶上层建筑整体吊装技术顺利实施的可能。上层建筑整体吊装是二十世纪新兴发展的工艺，该工艺的核心是将船体主甲板以上的上层建筑部分以总段的形式进行整体吊装，其具体实施过程是船舶上建部分先行在搭载平台上进行各层甲板的合拢，从而形成总段，与此同时预舾装和涂装工作同步展开，随后将总段整体吊装，在水上与主船体合拢，再进行少量的底层焊接以及电缆和管子与主船体连接等工作。运用上层建筑整体吊装，可以大幅缩减船舶生产周期，大大提高船厂的劳动生产率，而且能够降低造船的整体成本[1]。因此对上层建筑实施整体吊装水上合拢，对于目前的船厂发展具有重要意义。
船舶上层建筑整体吊装技术现如今在国内外许多大型船厂已经普遍运用，但亦有其局限性，受到许多条件的制约。对于上建自身而言，随着人们对船舶性能的高要求，上层建筑已经打破其原有质量轻，承受载荷小的特点，现如今的上层建筑体积愈发庞大，舾装的密度同样越来越大，刚度和强度和以往比较弱了许多，这样，在吊装过程中极易发生塑性变形和应力超过许用应力的现象，对于上层建筑整体吊装工作的实施增添了很大难度；对于船厂而言，起吊能力，搬运设备，场地和吊装设计水平等等，同样制约着该技术的实施[2]。因此，目前对于大型上层建筑而言，很难运用整体吊装技术，迄今为止上层建筑整体吊装重量最大不超过千吨。
1.2 国内外研究现状对比
从近年来各国造船订单总量的统计中来看，造船业当前依旧呈现着中韩日欧四家分割整个世界造船市场的格局。从技术水平、产品类型、生产规模以及船东群体等方面看，韩国和日本是我国造船业的主要竞争对手。
对于在上层建筑整体吊装技术的应用上，我国与日本韩国等国家仍有较大差距，为了上层建筑吊装工程的顺利实施，韩日的一些造船企业专门为之革新了老式起重设施、购置了新的起重设备，特别是起吊能力800吨甚至1000吨的大型门吊，从而间接提高了上层建筑整体的预舾装率，大大提高了生产效率，使造船节奏进一步加快。
经查阅资料，我们可以意识到，日本的造船企业早在2008年就已经拥有了13 座起吊能力达到或超过800吨的门吊；此外，韩国造船厂为克服场地不足和设施有限的困难纷纷开发并采用“平地造船法”及与之相近的新型造船方法，为大型上层建筑在地面上的搭建提供了可能[3]。据统计，目前，日韩船厂上层建筑在地面的舾装完整性已达到所有舾装工作任务量的九成，即上层建筑整体吊装后，需要在码头完成的收尾工作仅有不到10%的任务量，也就是说，船舶下水后仅需要大概两周的时间就可以完成所有的吊装工作，从下水到交船只需要不到一个月的时间，大大缩短了码头的使用周期[4]，这种效率是国内船厂难以企及的。
再看国内方面，国内造船企业中，上层建筑整体吊装技术的运用并不普遍，拥有较为成熟的上层建筑整体吊装技术的船厂仍然占少数，主要集中在一些国有大中型船厂，像中国船舶工业集团公司及中国船舶重工集团公司下属的骨干型船厂，在这些大型船厂中，上层建筑整体吊装之前预舾装完整性较好的船厂有上海外高桥船厂和沪东中华船厂等，目前这些船厂的上层建筑预舾装完整性达到了八成以上，虽在效率上比传统吊装模式提升了很多，但与日韩等国的技术仍存有一定差距。
1.3 本文所研究的内容及研究步骤
1.3.1 本文
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