摘 要

邮轮原指航行于大洋的班轮、邮船客船，一般具有旅游性质，也是公认的“三高船舶”。其中大型豪华邮轮与大型液化天然气船（LNG）、航空母舰并称为“全球造船业皇冠上的三颗明珠”。我国已成功摘下其中的两颗，但攻克大型豪华邮轮的难度还很大。与其他传统的主流船型相比，邮轮的建造虽然也有规范和法规来规定它的强度和安全，但由于其功能的特殊性即向游客提供高端服务，规范无法约束其结构造型。邮轮除具备一般客轮的基本功能外，还提供专门的观景、娱乐设施和服务项目以满足乘客的需求，所以邮轮的安全性、舒适性等是至关重要，因此对于大型邮轮的振动研究有非常重要的意义。

本文就邮轮上层建筑典型局部结构进行分析，利用有限元法计算单层甲板在不同的边界条件、板厚等条件下的模态变化。利用点载荷代替人体重力，计算在不同人流密度和分布条件对顶层甲板振动频率和模态的影响。在此基础下细化计算小板架腹板开孔与否、开孔形状不同和开孔率不同对板架模态计算的影响。以邮轮中央大厅的甲板局部结构为研究对象，建立中央大厅四层甲板的有限元模型，并应用有限元计算分析其振动特性，对每层甲板的垂向振动进行分析。

关键词：有限元法；稳态响应；邮轮上层建筑；腹板开孔

Abstract

Cruise ship originally refers to liner, postal ship and passenger ship sailing in the ocean, generally has the nature of tourism, and is recognized as the "three high ship". Among them, large luxury cruise ships, large liquefied natural gas ships (LNG) and aircraft carriers are called "the three pearls in the crown of the global shipbuilding industry". China has successfully picked off two of them, but it is still very difficult to conquer large luxury cruise ships. Compared with other traditional mainstream ship types, although the construction of cruise ships also has norms and regulations to stipulate its strength and safety, due to the particularity of its function, which is to provide high-end services to tourists, the norms cannot constrain its structure and shape. In addition to the basic functions of ordinary passenger ships, cruise ships also provide special viewing facilities, entertainment facilities and service items to meet the needs of passengers. Therefore, the safety and comfort of cruise ships are of vital importance. Therefore, it is of great significance to study the vibration of large cruise ships.

In this paper, the typical local structure of cruise superstructure is analyzed, and the modal changes of single deck under different boundary conditions and plate thickness are calculated by finite element method. The effects of different crowd density and distribution conditions on the vibration frequency and mode of the top deck are calculated by using point load instead of human gravity. On the basis of this, the influences of the perforation, the different shape of the perforation and the different rate of the perforation on the modal calculation of the plate frame are refined. Taking the partial deck structure of the cruise ship central hall as the research object, the finite element model of the four decks of the central hall was established, and the vibration characteristics of the four decks were analyzed by using the finite element method, and the vertical vibration of each deck was analyzed.

Key Words：FEM; Steady-state response; the superstructure of the cruise；the web opening

目录

第1章 绪论 1

1.1本文的背景及意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.3本文研究内容及方法 4

第2章 上层建筑振动综述 6

2.1引言 6

2.2振动计算原理 6

2.2.1单自由度系统振动计算方法 7

2.2.1.1直接计算法 7

2.2.1.2静变形法 8

2.2.1.3能量法 8

2.2.2多自由度系统振动计算方法 9

2.2.2.1能量法 9

2.2.2.2矩阵迭代法 11

2.3新型结构设计特点分析 12

2.4本章小结 13

第3章 板材振动影响因素 14

3.1引言 14

3.2研究对象选取 14

3.3 板架振动影响因素 15

3.3.1 边界条件对板材振动影响 15

3.3.1.1有限元计算模型的确立 15

3.3.1.2计算结果分析 16

3.3.2板厚对甲板板材振动影响 18

3.3.2.1板材材料参数 18

3.3.2.2计算结果分析 18

3.3.3板架受力振动分析 19

3.3.3.1有限元计算模型的建立 19

3.3.3.2计算结果分析 20

3.4本章小结 22

第4章 腹板开孔对振动影响 23

4.1引言 23

4.2有限元模型的建立 23

4.2.1腹板开孔参数 23

4.2.2网格模型 24

4.2.3材料系数 25

4.2.4边界条件 25

4.3开孔对腹板振动影响分析 26

4.3.1规范对腹板开孔的规定 26

4.3.2计算结果分析 26

4.4开孔几何参数对振动影响分析 27

4.4.1开孔形状对振动的影响 27

4.4.2开孔个数对振动的影响 28

4.4.3开孔率对振动影响 30

4.5本章小结 32

第 5 章 总结与展望 33

5.1总结 33

5.2展望 33

参考文献 34

致谢 35

第1章 绪论

1.1本文的背景及意义

邮轮是典型的“三高船舶”，即高附加值、高技术和高可靠性型船舶。而大型豪华邮轮更是以其复杂的生产管理流程、考究的装饰设计以及高昂的建造成本，被认为是造船行业公认的三颗明珠之一。在过去一百年的邮轮发展过程中，大型邮轮产业始终以欧洲以及北美地区为中心。其中德国、法国、芬兰和意大利四国船厂就占据了全球超过80%的市场，这也给它们带来了丰厚的收益。而与欧美地区趋于饱和的产能相对比的是，大型邮轮的市场在不断地扩大，急需加入新兴力量。中国的邮轮制造如果能攻克设计制造技术难关，把握住历史机遇，从而生产出中国自主建造的第一艘邮轮，也将为中国造船业的皇冠上镶嵌最后一颗明珠。当前的经济危机及随之而来的常规主流船舶的需求萎缩和海洋工业市场的低迷，使人们的目光转向邮轮制造市场。于传统的造船海工市场不同的是，得益于亚洲尤其是中国经济的高速发展，邮轮制造市场蒸蒸日上。原因在于邮轮不仅仅是高附加值船舶，同样也是全球造船市场中为数不多的供不应求的产品。2016年全球邮轮市场规模达到2470万人次，预计到2020年将达到3000万人次。而中国邮轮游从2006年的不足十万人次发展到2017年的497万人次，十年增长了五十倍，中国已成为世界第二大邮轮出游国。在2016年中国中船重工与美国、意大利船厂签订了合作建造大型豪华游轮的意向书，这意味着中国邮轮制造工作正式拉开帷幕。

图1.1 大型邮轮

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