极地船”上部第二分段整体吊装研究
现代船舶主要采用分段建造工艺，随着上层建筑分段吊装前预舾装程度不断提高，上层建筑分段的重量、尺寸随之增大，结构刚性减小。因此，为了顺利完成吊装工作，吊装前需要设计合理的吊装方案，并对分段结构进行有限元强度分析。如何解决上层建筑分段整体吊装前及吊装过程产生的结构响应，确保上层建筑分段吊装前、吊装过程的安全性是本课题的研究目的，这对缩短船舶的建造周期、提高劳动生产效率、降低造船成本具有重要意义。本文利用MSC.Patran软件建立了“极地船”上部第二分段（又名XL031）整体吊装有限元模型，运用MSC.Nastran软件计算XL031分段整体模型的结构强度。根据有关规范要求和计算结果，对结构响应过大的位置提出相关优化方案，从而保障分段整体吊装的顺利完成。本文主要研究内容：（1）建立上部第二分段的有限元模型；（2）施加载荷与约束，并进行应变与应力的计算与分析；（3）对应力、应变过大部位提出局部加强方案。关键词：极地船；上层建筑；有限元；分段整体吊装；结构响应目录
第一章绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 上层建筑整体吊装的研究现状与发展 3
1.2.1 上层建筑整体吊装的国内发展现状 3
1.2.2 上层建筑整体吊装的国外发展现状 4
1.2.3 “极地船”XL031分段吊装的难点与解决方法 6
1.3 本文研究思路和主要工作 6
第二章“极地船”XL031分段基本资料与吊装方案 8
2.1 研究对象介绍 8
2.2“极地船”XL031分段基本资料 8
2.3 “极地船”XL031分段整体吊装方案设计 11
第三章“极地船”XL031分段有限元模型及强度 15
3.1建立“极地船”XL031分段有限元模型 15
3.1.1建立“极地船”XL031分段几何模型 15
3.1.2 “极地船”XL031分段有限元网格的划分 17
3.2 坐标系 20
3.3 计算工况、边界条件与载荷 20
3.4 “极地船”XL031分段吊装前有限元强度计算结果与分析 21
3.4.1 “极地船”Xl031分段有限元强度计
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分段有限元模型 15
3.1.1建立“极地船”XL031分段几何模型 15
3.1.2 “极地船”XL031分段有限元网格的划分 17
3.2 坐标系 20
3.3 计算工况、边界条件与载荷 20
3.4 “极地船”XL031分段吊装前有限元强度计算结果与分析 21
3.4.1 “极地船”Xl031分段有限元强度计算结果 21
3.4.2“极地船”XL031分段有限元强度计算结果分析 31
3.5“极地船”XL031分段吊装过程有限元强度计算与分析 32
3.5.1 “极地船”XL031分段有限元强度计算结果 32
3.5.2 “极地船”XL031分段有限元强度计算结果分析 41
3.5 本章小结 42
第四章结构加强与分析 43
4.1“极地船”XL031分段模型存在的问题 43
4.2 局部加强方式 43
4.3 加强后结果与分析 45
4.4 本章小结 57
结语 58
致谢 59
参考文献 60
第一章绪论
1.1 研究背景与意义
船舶上层建筑是指船舶甲板以上的围壁建筑物，分为甲板室和船楼，甲板室与船楼的区别在于船楼的两侧到船舷的距离要延伸到小于船宽的4%，达不到此要求的称为甲板室。它是船员的生活居住区，船员的生活、娱乐、医疗和餐饮都集中于该模块；此外它也是全船的航行指挥模块，上层建筑布置有高科技的导航系统，电子指挥系统，地位极其重要，关乎着船舶航行的安全，决定了船员生命财产的安全，也是船员工作环境舒适度的决定性因素。船东作为船舶的经营者，上层建筑的质量间接的影响到了他的收益，甚至会因为上层建筑的设计质量问题，如上层建筑位于船尾时，视角的问题十分突出，如果视角太小，在近海、沿海或进港航行时经常会因看不到小船只而与其发生碰撞，导致他人的生命财产受到侵害，同时也可能造成自身船舶的损坏，不但要赔付被撞船只的费用、船舶维修费，还耽误航行时间，甚至会赔付货主的违约费，后果不堪设想。因此，船东对上层建筑的关注度极高。
此外，对于船厂来说，上层建筑的建造也会影响到船舶建造的其它的安装作业及通讯导航、空调冷藏等作业。船舶建造是一个系统的工程，只有在建造前就制定井然有序的生产计划，才能提高工作效率，降低建造成本，船厂才能获得更多的收益。相反，由于船舶建造工作量大，工序繁琐而细致，大到整个船体小到一条焊缝或者一个小的开口，都要求符合规范设计，保质按时完成。若因建造时某一环节的完工质量不合格，导致返工甚至报废，或者因为完工时间超出了计划时间，将会影响整个后续工作的进展，导致延期交船，赔付违约金。更甚至会导致整个船厂其它船舶的建造计划被打乱，这在我国各造船企业中，无论大小船企都是经常出现的情况，这不但严重影响了企业的利润，还严重影响了企业的信誉。
随着国际、国内航运竞争日益增强，船舶制造技术近几年有了突飞猛进的发展，2008-2009金融危机时我国船舶行业发展到了顶峰，造船量过于饱和，加上金融危机的影响，可谓是当头一棒，在这种狼多肉少的情况下，谁掌握了先进的技术谁就会在这个夹缝中生存下来，看到风雨之后的彩虹，其中预舾装率是一个重要的技术指标，严重影响到船舶的建造周期，预舾装率的提高离不开船舶的总段建造法，即采用大分段建造船舶，原来需要划分为几十个甚至近百个船舶分段，然后在船台或船坞内搭接成完成的船舶，采用总段建造法只需要划分为几个或者十几个分段在船坞或船台进行搭接，总段建造全部在分段进船坞、船台之前完成。日本韩国的船舶企业甚至将整条船只分成两段。总段造船技术提高了预舾装率，从而提高了船舶的建造速度，缩短周期，有利于船厂提高生产效益，在世界造船的大舞台上占得一席之地。
第一章绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 上层建筑整体吊装的研究现状与发展 3
1.2.1 上层建筑整体吊装的国内发展现状 3
1.2.2 上层建筑整体吊装的国外发展现状 4
1.2.3 “极地船”XL031分段吊装的难点与解决方法 6
1.3 本文研究思路和主要工作 6
第二章“极地船”XL031分段基本资料与吊装方案 8
2.1 研究对象介绍 8
2.2“极地船”XL031分段基本资料 8
2.3 “极地船”XL031分段整体吊装方案设计 11
第三章“极地船”XL031分段有限元模型及强度 15
3.1建立“极地船”XL031分段有限元模型 15
3.1.1建立“极地船”XL031分段几何模型 15
3.1.2 “极地船”XL031分段有限元网格的划分 17
3.2 坐标系 20
3.3 计算工况、边界条件与载荷 20
3.4 “极地船”XL031分段吊装前有限元强度计算结果与分析 21
3.4.1 “极地船”Xl031分段有限元强度计
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分段有限元模型 15
3.1.1建立“极地船”XL031分段几何模型 15
3.1.2 “极地船”XL031分段有限元网格的划分 17
3.2 坐标系 20
3.3 计算工况、边界条件与载荷 20
3.4 “极地船”XL031分段吊装前有限元强度计算结果与分析 21
3.4.1 “极地船”Xl031分段有限元强度计算结果 21
3.4.2“极地船”XL031分段有限元强度计算结果分析 31
3.5“极地船”XL031分段吊装过程有限元强度计算与分析 32
3.5.1 “极地船”XL031分段有限元强度计算结果 32
3.5.2 “极地船”XL031分段有限元强度计算结果分析 41
3.5 本章小结 42
第四章结构加强与分析 43
4.1“极地船”XL031分段模型存在的问题 43
4.2 局部加强方式 43
4.3 加强后结果与分析 45
4.4 本章小结 57
结语 58
致谢 59
参考文献 60
第一章绪论
1.1 研究背景与意义
船舶上层建筑是指船舶甲板以上的围壁建筑物，分为甲板室和船楼，甲板室与船楼的区别在于船楼的两侧到船舷的距离要延伸到小于船宽的4%，达不到此要求的称为甲板室。它是船员的生活居住区，船员的生活、娱乐、医疗和餐饮都集中于该模块；此外它也是全船的航行指挥模块，上层建筑布置有高科技的导航系统，电子指挥系统，地位极其重要，关乎着船舶航行的安全，决定了船员生命财产的安全，也是船员工作环境舒适度的决定性因素。船东作为船舶的经营者，上层建筑的质量间接的影响到了他的收益，甚至会因为上层建筑的设计质量问题，如上层建筑位于船尾时，视角的问题十分突出，如果视角太小，在近海、沿海或进港航行时经常会因看不到小船只而与其发生碰撞，导致他人的生命财产受到侵害，同时也可能造成自身船舶的损坏，不但要赔付被撞船只的费用、船舶维修费，还耽误航行时间，甚至会赔付货主的违约费，后果不堪设想。因此，船东对上层建筑的关注度极高。
此外，对于船厂来说，上层建筑的建造也会影响到船舶建造的其它的安装作业及通讯导航、空调冷藏等作业。船舶建造是一个系统的工程，只有在建造前就制定井然有序的生产计划，才能提高工作效率，降低建造成本，船厂才能获得更多的收益。相反，由于船舶建造工作量大，工序繁琐而细致，大到整个船体小到一条焊缝或者一个小的开口，都要求符合规范设计，保质按时完成。若因建造时某一环节的完工质量不合格，导致返工甚至报废，或者因为完工时间超出了计划时间，将会影响整个后续工作的进展，导致延期交船，赔付违约金。更甚至会导致整个船厂其它船舶的建造计划被打乱，这在我国各造船企业中，无论大小船企都是经常出现的情况，这不但严重影响了企业的利润，还严重影响了企业的信誉。
随着国际、国内航运竞争日益增强，船舶制造技术近几年有了突飞猛进的发展，2008-2009金融危机时我国船舶行业发展到了顶峰，造船量过于饱和，加上金融危机的影响，可谓是当头一棒，在这种狼多肉少的情况下，谁掌握了先进的技术谁就会在这个夹缝中生存下来，看到风雨之后的彩虹，其中预舾装率是一个重要的技术指标，严重影响到船舶的建造周期，预舾装率的提高离不开船舶的总段建造法，即采用大分段建造船舶，原来需要划分为几十个甚至近百个船舶分段，然后在船台或船坞内搭接成完成的船舶，采用总段建造法只需要划分为几个或者十几个分段在船坞或船台进行搭接，总段建造全部在分段进船坞、船台之前完成。日本韩国的船舶企业甚至将整条船只分成两段。总段造船技术提高了预舾装率，从而提高了船舶的建造速度，缩短周期，有利于船厂提高生产效益，在世界造船的大舞台上占得一席之地。
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