船舶海洋工程畢業論文參考

　　船舶與海洋工程專業主要培養具備現代船舶與海洋工程設計、研究、建造的基本技能和管理基礎知識、計算機程式設計及應用能力，能在船舶與海洋結構物設計、研究、製造、檢驗、使用和管理等部門從事技術和管理方面工作的船舶與海洋工程學科高階工程技術人員。下文是小編為大家蒐集整理的關於的內容，歡迎大家閱讀參考!

　　篇1

　　淺談船舶海洋工程管線優化設計

　　摘要：船舶工程技術專業一直以來主要是以一般航行船舶為主，隨著海洋開發的深入，船舶建造已不侷限於一般船舶，而是擴充套件到海洋工程各部分，如各種工程船舶、海洋石油平臺、浮式生產儲油船等。船舶工程技術專業也應根據船舶發展形勢而適當的增加相關技術知識，使專業人員也掌握其它海洋工程結構物的知識。

　　關鍵詞：船舶海洋工程管線優化

　　前言

　　管道被廣泛地應用於石油化工"水利工程"建築"船舶等領域，其在不同的應用環境下需承受不同的外力作用，大規模、全面地開發利用海洋資源和空間，發展海洋經濟已列入各沿海國家的發展戰略。海洋開發和利用除了需要先進的海洋工程技術，還需要各種海洋工程結構物的支撐。這為與海洋工程裝備業關聯度極大的船舶工業提供了極好的機遇。作為未來世界經濟的支柱產業，海洋工程和海洋開發潛力非常巨大。近幾年，全世界對浮式生產系統的新增需求達到約120座，全球浮式生產系統的年投資額以高速度遞增，其中FPSO船***浮式生產儲油裝置***仍將是全球浮式生產市場的建造熱點,該船型集生產、儲油、運輸多項功能於一身，是當前國際海上石油開發生產設施的主流形式。隨著生產向深海的不斷進入，FPSO船的優勢將會更充分顯現出來。中國海洋石油開發總公司也需要較大數量的海洋平臺、多艘FP-SO平臺，用於海洋開發建設的資金達到了數百億元。船舶工業是海洋工程的天然“霸主”。隨著海洋油氣開發向深海發展，船舶工業與海洋工程的關係更加緊密，船舶工業在海洋油氣開發中的作用更加突出。這主要有兩方面的原因:一方面是技術上的因素。

　　隨著作業水深的增加,固定式平臺海洋構造物難以適應深海作業，各種浮式海洋工程結構物成為深海油氣開發的主角。船舶工業與其他專業平臺廠相比其優勢正是在這類浮式結構物上——海洋開發裝備具有船舶的屬性，它的基本要求是在水上能浮起來、穩得住、移得動，這就與船舶有了相近的技術要求。這種天然優勢為船舶工業迅速佔領深海平臺市場創造了良好的條件。另一方面是開發週期的因素。由於海洋油氣開發競爭日趨激烈，國際石油商對從發現油氣到生產的時間要求越來越緊，而與船舶相近的海洋工程物恰恰可以以最快的時間迅速部署於生產現場， 從而大大縮短深海油氣的開發時間。正是由於這兩方面的原因，使船舶工業迅速成為深海油氣開發裝備生產的主要力量。

　　船舶工業越來越深地融入海洋開發裝備領域，已成為當前海洋裝備發展的一個重要特點。相對於已經成熟的船舶工業來說，海洋開發裝備業是一個新興產業，正在發展過程中，據專家估計,目前及未來幾年,僅油氣開發生產一項，全世界就需要約100多艘FPSO船、200多座鑽井平臺，加上其他海洋產業的需求,海洋開發裝備甚至比整個國際船舶市場的需求還要高。因此未來船舶企業會參與更多的海洋工程結構物的建造。

　　管線幾何優化設計

　　管道隔振支座最佳佈置設計優化需確定隔振支座的型別"數量及位置!由於支座型別的選擇難以依靠程式化優化計算來得到，本研究僅針對支座力學與隔振效能引數給定情況下，研究管線支座的數量與幾何位置優化問題涉及到的約束條件包含強度*** 應力*** "剛度*** 位移和變形*** "穩定性*** 屈曲*** 和動力學特性*** 管線固有頻率和管線響應振幅*** ，同時考慮工藝安裝方面的特殊要求*** 某些位置無法安裝支座*** 針對上述約束，細化為優化數學模型中考慮應力"位移"固有頻率"穩定性和評價點在指定頻率區間的振級落差等約束條件簡化的支座佈局幾何優化設計模型見圖所示，通常選取支座數目和支座位置為設計變數本模型假定支座總數目事先已知*** 通常按照工藝要求確定，但適當增加一定數量*** ，通過確定各支座的幾何位置座標實現佈局優化!當相鄰兩個支座的位置座標非常接近或重合時，代表其中一個支座可以取消。

　　支座佈局幾何優化模型

　　2.管道隔振支座佈置設計優化模型迭代解法

　　上面給出的支座佈局優化模型仍為基於連續與離散設計變數的混合數學規劃問題，常規優化演算法較難解決，可採用迭代優化演算法

　　進行求解!考慮到計算效率的問題，需採用變步長的迭代優化演算法!

　　該迭代演算法依據約束條件的滿足情況及變步長的臨界間距值來確定支座數量的減少與增加，然後通過

　　常規優化方法得到支座的幾何位置座標，最終得到較優的支座數目及間距!迭代流程見圖採用迭代演算法求解該支座佈局優化模型時，其計算效率有賴於迭代步長的選擇!對於特定的管道結構，當假定的支座初始數目與最優支座數目相接近時，即使迭代步長為常數，依然能夠獲得較好的計算效率，但假定的支座初始數目與最優支座數目相差較多時，則必須選擇逐步增加的迭代步長才能獲得較為理想的計算效率。

　　支座佈局優化模型迭代解法

　　由管線各目標函式下的優化結果可知，三種目標函式下的優化模型，優化後滿足約束要求，支座最優數目均為6個，各支座位置接近，優化結果基本相同，三種方法迭代次數均為 5-6次，計算效率較為理想，但以關聯支座造價為目標函式下的優化模型與其他兩個模型相比迭代次數較多，將幾何優化設計方法所得優化結果與規範設計方法優化結果比較可知，以管線結構應變能和管線最大下垂為目標函式的優化模型，幾何方法和規範法所得優化結果接近!以關聯支座造價為目標函式的優化模型，採用幾何方法時，儘管迭代次數較多，但仍然取得了滿足約束條件的優化結果，其計算過程較規範設計方法更為穩定，結果更為可靠!

　　總體來看，兩種設計方法所得優化結果是相一致的，幾何優化設計方法是可行的!在幾何優化設計方法中，由於支座初始數目通過假定得到，且往往與最優數目相差較大，因此迭代次數較多，其計算效率明顯低於規範設計方法，但較多的迭代次數同時也保證了迭代過程的穩定性，使計算結果更為可信!因此，尚須進一步研究更為穩定高效的管線隔振支座佈局優化演算法。

　　3.總結：將所得結果與規範設計方法優化結果進行了比較，證明了幾何優化設計模型及方法的可行性，並得到了與規範設計方法中相一致的結論: 以管線最大下垂或管線結構應變能為目標函式的隔振支座佈局模型計算過程更為穩定高效"優化結果更為可靠。

　　參考文獻:

　　[1] W.Kent.Muhlbauer 《Pipeline Risk Management Manual》

　　[2] 美國雪佛龍公司 海上油氣工程設計實用手冊

　　[3] 海洋石油工程設計概論與工藝設計

　　篇2

　　淺談船舶與海洋工程結構極限強度

　　【摘要】本文主要分析了船舶與海洋工程結構的極限強度，探討了在船舶與海洋工程中，結構強度方面需要關注的要點，希望通過論述，可以為船舶與海洋工程相關人員研究結構強度提供參考。

　　【關鍵詞】船舶;海洋工程;結構;強度

　　一、前言

　　目前，對船舶與海洋工程結構極限強度的研究還較少，小部分的研究也侷限於研究一般性的結構強度，因此，分析船舶與海洋工程結構極限強度非常有必要，這是進一步瞭解其結構強度的必要工作。

　　二、船體結構極限強度概述

　　船舶與海洋工程結構物在其全壽命週期內可能遭受各種各樣的載荷和變形，包括常規載荷、極限載荷或意外載荷。所以，在結構設計中應充分考慮這一因素，要更合理地考慮其安全性。

　　傳統的船舶設計是採用許用應力設計法***ASD法***，即線上彈性理論基礎上，船體總縱強度是通過甲板***或船底處***的彈性應力與許用應力比較來進行評估，許用應力通常取為材料屈服強度的若干百分數。這種方法與名義垂向波浪彎矩一起使用時，對於常規船型具有一定的有效性。然而，並不能使人們獲得清晰的船體強度的概念，更不能真實反映出船體結構的實際破壞的全過程。因此，ASD應用於非常規船型設汁是不能令人滿意的。

　　總縱彎曲下的船體損壞實質上是一個漸進的過程。當船體樑斷面上某一個最弱的構件因屈服、屈曲或兩者的某種組合發生損壞而不能有效承擔載荷時，將使船體剛度減少，但由於其他構件仍可承載，包括失效構件轉嫁來的載荷，因此船體樑仍能承載。基於船體結構極限強度所確立的“限制狀態”設計方法，比線彈性設計方法增加了安全性和經濟性。極限強度的影響引數研究對於估算船體結構的可靠性是必要的。對於像船體這樣複雜的結構，在確定設計衡準和所期望的統計中，所需的大量經驗資料不可能輕易地獲得。一般而言，船體結構的極限強度可通過估算結構對下列四種破壞形式中任一種的抵抗能力來決定：

　　1、屈曲或後屈曲失穩;

　　2、由屈服引起的塑性破壞：

　　3、過載下的脆性斷裂;

　　4、因應力脈動的反覆作用而產生的疲勞斷裂。

　　三、船舶和海洋工程結構極限強度分析

　　1、加筋板的極限強度分析

　　船體板是船體結構的基本組成部分，研究船體結構的極限強度計算，首先得從板的極限強度計算分析開始。船體板及加筋板的極限強度研究方法從數學手段上看，可以分為解析法、半解析法和數值方法。從分析方法上可分為利用有效帶板寬度概念的方法、利用試驗資料迴歸的經驗公式法和應用相關方程的方法。

　　Paik等研究了彈性扭轉約束邊界條件下板的屈曲強度特徵，並得到了支撐構件沿一邊或四邊彈性扭轉約束條件下的屈曲強度的簡單設計公式。Steen等推導了雙軸向壓應力和側向壓應力共同作用下板的屈曲和極限強度的簡化方程。Paik等推導了在雙軸向壓應力、邊緣剪應力和側向壓應力作用下，簡支板的彈性屈曲方程，後來又將殘餘應力考慮到屈曲設計公式中去。Yao等研究了單軸向壓應力作用下焊接殘餘應力和初始變形對板的屈曲和極限強度的影響。大多數船級社關於船體板的彈塑性屈曲強度的計算採用的是Johnson-Osten-feld公式，該公式是通過一種修正係數的方法把塑性屈曲強度用彈性屈曲強度來衡量。Paik和Fu-jikubo等通過建立在非線性有限元方法基礎上的曲線擬合得到了新的塑性屈曲強度修正經驗公式。

　　2、船體板架極限強度分析

　　船體板架是船體結構最主要的組成部分。對船體板架穩定性的計算分析，是船體結構極限強度分析的主要內容之一。早期對船體板架穩定性問題的計算分析，主要是基於經典的邊界條件下進行，即假定船體板架邊界是簡單支援或剛性固定。但實際船體板架邊界卻是介於簡單支援和剛性固定兩種極端情況之間的彈性約束情況。船體板架結構的屈曲強度很大程度上依賴於板架邊界上的約束。Svenneerud通過假定一依賴於橫向骨架的固定程度的慣性矩來代替真實慣性矩的方法對約束加以考慮。有學者提出了一個考慮邊界約束的分離樑解，同時還提出了計算板架邊界彈性約束的方法。

　　有限元法可以計算各種複雜和不規則的板架。這種方法考慮了各種實際存在的複雜因素。例如，支柱的任意方式佈置，各種艙口形式，桁材斷面的任意變化以及各種邊界條件等等。船體板架的穩定性可以採用通用有限元軟體進行計算。

　　3、船體樑總縱極限強度分析

　　自船體結構總縱極限強度的概念提出以來，船體樑總縱極限強度的分析方法得到迅速發展，出現了多種船體樑總縱極限強度分析的方法。但常用的船體樑極限強度分析方法可分為：直接計演算法、逐步破壞分析法。

　　***一***直接計演算法

　　Caldwell將船體總縱極限強度估算為船體橫剖面的全塑性彎矩，通過對受壓構件承載能力的折減以說明結構屈曲的影響。該方法沒有考慮當加筋板單元承受的壓應力超過其極限強度後的載荷縮短行為以及截面應力的重新分佈，這往往過高地估算了船體結構總縱極限強度值。

　　***二***逐步破壞分析法

　　根據對船體結構破壞機理的分析，發現船體結構的整體破壞實際上是一個逐步破壞過程。1977年，基於平斷面假設，構件逐步破壞的增量曲率法，提出因屈曲及屈服引起的加筋板逐步破壞可用橫剖面纖維的應力-應變關係描述，並考慮了後屈曲效應。Smith採用非線性有限元對單元彈塑性大撓度分析來匯出單元的平均應力-平均應變關係。Smith方法的計算結果的精度，很大程度上取決於單元的平均應力-平均應變關係的準確性。

　　***三***有限元方法***FEM***

　　有限元方法適用於任何載入型別和結構模型。該方法引入了樑單元、平板單元和正交各向異性板單元，能夠對結構作靜態與動態載荷作用下的極限狀態分析，並能對單個結構作整體響應分析，同時考慮船體在彎矩、扭矩及剪力聯合作用下的響應。Kutt等採用該方法對四條船體的縱向極限強度按各種載荷狀態、不同的有限元模型進行了計算和分析，在每種分析中均記入了屈曲、後屈曲和塑性的效應。

　　四、船舶在波浪中的載荷響應預報主要方法

　　進行船舶結構分析時，首先要確定作用在船體上的載荷。結構分析的精度又很大程度地取決於載荷計算。因此，載荷問題是船舶結構研究中非常重要的一個問題。

　　按照傳統，作用在船體上的波浪載荷可分為總體載荷***波浪彎矩、扭矩和剪力***和區域性載荷***作用在船體表面上的海水動壓力***。事實上，總體載荷就是區域性海水動壓力的合力，可將海水動壓力沿全船積分得到。波浪還引起衝擊力、甲板上浪的水壓力、艙內液體晃盪力***Sloshing pressure***等載荷。從船舶安全性角度考慮，波浪載荷對船舶的極限強度起重要的作用。

　　由於船體形狀的複雜性，波浪的不規則性，船舶和波浪遭遇的隨機性等因素，波浪載荷計算是十分複雜的。人們十分重視應用譜分析法計算船體所受的波浪載荷，也就是說，把波浪對船體的作用視作對船體系統的輸人，而船體受力和運動視作系統的輸出。對於每一種輸出過程，系統都有相應的傳遞函式***傳遞函式可以由試驗得到，也可以由切片理論計算得到***，將傳遞函式與實際海況的波譜相結合，就可以得到船體受到的載荷譜，進而可以求得載荷的統計特徵值，以及載荷的長期和短期預報值。人們常稱這種方法為船舶在波浪中的載荷響應預報技術***Wave load Prediction Technology***。

　　五、結束語

　　總而言之，船舶與海洋工程結構極限強度的研究是具有一定的現實運用意義的，它可以為船舶與海洋工程結構的構造和使用提供參考，進而為船舶與海洋工程的建設提供借鑑。

　　【參考文獻】

　　[1]張錦飛,崔維成.三種船型結構的極限強度分析比較[J].船舶力學,2011,04:57-64.

　　[2]駱文剛,楊平,崔虎威,白小溪.內河船舶極限強度計算的逐步破壞法程式設計[J].中國艦船研究,2013,02:58-64.

　　[3]方闖,張文濤,黃震球,陳齊樹.內河船舶極限總強度的試驗研究[J].船舶工程,2012,01:29-32+2.