船舶下水用气囊力学性能的非线性分析

论文摘要

气囊下水是利用气囊将船舶从建造船台上移至水域的过程，是我国首创的船舶下水工艺。气囊是船舶下水安全性能最重要的因素之一。然而，国内、外的船舶下水用气囊研究甚少，对气囊的有限元分析更是一片空白，对其进行系统的分析显得十分必要。其研究成果能为气囊的设计提供依据，为船舶气囊下水提供理论支持，因此，具有较高的社会意义与经济价值。本文详细介绍了气囊的组成及结构特点，对气囊的垂向刚度特性作了初步理论分析，得到了气囊内压与气囊反力的近似计算公式。应用MSC MARC高级非线性有限元软件对实验小气囊进行了数值模拟，通过与实验结果的对比，验证了有限元分析方法的正确性。通过有限元数值方法，研究了帘线角度、帘线层数、帘线间距、气囊直径和气囊初始内压等因素对气囊力学性能的影响。最后，本文建立船舶下水用气囊大模型，分析其力学特性，得出气囊各组成部分应力分布及气囊刚度和内压与工作高度的关系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 船舶气囊下水工艺的发展历程
• 1.1.1 船舶气囊下水简介
• 1.1.2 船舶气囊下水的发展历程
• 1.2 船舶下水用气囊发展现状及其研究意义
• 1.2.1 船舶下水气囊的产品概况
• 1.2.2 船舶下水用气囊研究现状
• 1.2.3 本文的研究目标及面临的困难
• 1.3 本文研究的内容
• 2 船舶下水用气囊的理论分析
• 2.1 气囊受压理论模型的建立
• 2.2 气囊承载能力的确定
• 2.3 本章小结
• 3 气囊的非线性及有限元处理方法
• 3.1 非线性有限元概论
• 3.1.1 有限元的基本思想
• 3.1.2 非线性的分类及有限单元法的基本流程
• 3.2 MSC MARC 有限元软件简介
• 3.2.1 MSC MARC 介绍
• 3.2.2 MARC 软件运行的基本流程
• 3.3 气囊有限元分析中非线性问题及其处理
• 3.3.1 气囊的材料非线性
• 3.3.2 气体单元的模拟
• 3.3.3 气囊的几何非线性
• 3.3.4 气囊的接触非线性
• 3.4 本章小结
• 4 小型气囊的实验与数值模拟
• 4.1 小型气囊的实验
• 4.1.1 船舶下水用气囊实验方法
• 4.1.2 实验结果
• 4.2 小型气囊的数值模拟
• 4.2.1 模型的建立
• 4.2.2 有限元非线性分析步骤
• 4.2.3 有限元分析验证
• 4.3 气囊力学性能的影响分析
• 4.3.1 帘线角对气囊力学性能的影响
• 4.3.2 帘线层数对气囊力学性能的影响
• 4.3.3 不同初始内压对气囊力学性能的影响
• 4.3.4 不同直径对气囊力学性能的影响
• 4.3.5 不同帘线间距对气囊力学性能的影响
• 4.5 本章小结
• 5 船舶下水用气囊有限元分析
• 5.1 气囊刚度特性有限元分析
• 5.1.1 坐标系
• 5.1.2 载荷及边界条件
• 5.1.3 计算结果及应力水平
• 5.2 有限元与理论公式结果对比
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 参考文献