1．目的及意义

1.1目的及意义

一直以来船舶的质量安全问题是人们所关注的重点问题，而船舶结构强度问题是实现这一目标的首要考虑问题。船舶尾部结构强度与性能与船舶的安全、抗沉抗撞能力以及船舶的使用年限等息息相关，因而校核其结构强度也就成为了船舶设计检验阶段的重要任务。目前对内河船舶结构强度校核的方法主要有规范计算法和有限元计算法两种。其中由于规范计算法主要依据的是船体梁理论以及经验公式，在简化计算过程中会存在一定的精度问题，使得设计人员在设计时有时不得不增大船体构件尺寸以满足强度要求，因此具有一定的局限性。而随着近年来船舶建造规范的修改以及科技水平的提高，利用有限元直接计算法来对船体结构强度进行计算逐渐受到船舶业设计人员的青睐。相比于规范计算法，该方法能够更加真实的反映船体中各个构件并加以计算分析，获得的计算结果具有相当高的精确度；同时该方法还可以根据计算结果对布置好的构件进行尺寸调整，从而达到船体结构优化设计的目的。因此使用有限元直接计算法对某型船船尾结构强度进行分析是十分必要的。

一直以来船舶在航行中的振动问题都是影响船舶舒适度的重要原因。我国的很多造船企业通常都是在船舶建造完成后对实体船进行振动性能检测，但是这样会存在一个很大的弊端，如果检测时发现船上的振动情况存在着不合理的地方，再对船舶进行改造完善就会增加一定的难度。而且，很多船型为了保证其持续性的巡航能力往往采用大功率主机和高转速的螺旋桨，但这样会导致船体的振动加剧，降低船舶的舒适度。在给船上工作人员造成困扰的同时，还会一定程度上影响船上仪器设备的正常运作，严重时还可能会导致船体结构的损坏。因此在设计阶段对某型船船尾结构进行有限元振动性能分析，分析其固有频率及振型以避免发生共振现象、预估其振动响应情况也是十分必要的。

本文在某型船船尾结构运用有限元分析软件对其进行结构强度以及振动性能分析，对确保其满足相应的船体结构强度要求、预估和消除船尾部分的有害振动以及检验船尾设计的合理性有着重要意义，同时可为后续同类型船舶尾部结构的设计或者优化改进提供借鉴作用。

1.2船体结构静力学分析的国内外研究现状

在船舶工程领域，许多学者在很早的时候就开始对船体结构强度进行研究及分析了。由于船体内部结构形式非常复杂，且其所受到的外部载荷复杂多变，因此对船体结构进行校核一直以来都是一项艰巨的任务。在计算机还没有被广泛应用于船舶工程领域的时代，就已经出现了许多对船体结构强度进行校核的有效计算方法。这些理论方法在实际的运用中得到了不断的优化，形成了许多比较实用简便的计算方法，其中有些至今还影响着船体结构强度的研究，例如变断面薄壁梁法等^{[1] [2]}。自上个世纪六十年代以来，随着计算机技术的不断提高使得有限元直接计算法能够进入到船舶工程应用中，并且因为计算结果的精准可见性使得其在船舶工程应用中逐渐的显露头角,在实际应用过程中有限元直接计算法被迅速推广并成为了分析船体结构强度中不可或缺的存在。在上个世纪七十年代我国就开始在船舶工程领域应用有限元直接计算法了，且为了得到精准的强度分析结果，国内几大船厂与有关研究院及大学进行了深入合作，研究出了能够应用于船舶计算领域的有限元直接计算的方法,开启了有限元直接计算法在我国船舶工程领域应用的先河。在之后的近五十年的时间里，通过借鉴国内外的相关经验，我国的专家们研制出了许多适用于我国国情的船体结构强度有限元分析软件^[3]。目前运用有限元直接计算法进行计算已经成为了船舶结构计算领域的主流，是处理船舶船体结构强度问题较为有效的方法。任思杨运用有限元计算法对某内河工程船的结构强度进行分析，并根据计算结果对船体结构的改造方案进行探讨^[4]；杨冬运用有限元直接计算法对68米豪华旅游船的结构强度进行分析，并根据计算结果检验了该船设计的合理性^[5]；高书清等人运用有限元直接计算法对37米黄河双体渡船的结构强度进行分析，并通过分析结果对结构的优化提出了建议^[6]；刘玉智分别运用有限元直接计算法和规范计算法对某内河商品汽车运输船的结构强度进行对比分析，结果表明有限元直接计算法更为精确直观，可根据分析结果进行船舶设计方案的修改^[7]等。

1.3船体结构动力学分析的国内外研究现状

船舶尾部是船体振动问题最多的区域，一方面因为尾部存在密集的振源，比如各种辅助机械，另一方面是尾部的结构刚度相对于船体其它部分较小，尤其是对于全回转推进船舶，该类船舶由于推进方式的特殊性，导致尾部舱段截面大幅度变小，其尾部结构刚度相对于主船体有很大的突变，这就使得船舶尾部的振动问题格外突出。船体结构模态反映了船体结构振动的固有特性，其模态参数是由固有频率、模态振型和阻尼等参数组成，对船舶尾部模态进行研究有利于优化船体结构动力学特性，避免在结构设计中出现动力学缺陷。

近年来国内外对船舶结构振动问题有大量研究，主要研究方法包括解析法、 数值法和实船测试法。解析法的运用以板、梁及其组合结构的振动特性研究为主，可用于分析船体局部板架结构的振动特性^{[8] [9]}，也可将整个船体简化为特定截面形式的梁模型，推导梁的振动特性^{[10] [11]}。对于简化后的船体板、梁等结构振动特性的研究，解析法能够给出准确的结果，但对于复杂船舶结构做详细的振动特性分析时，其复杂的数学方程难以求解。随着计算机技术的发展，以有限元法为主的数值方法越来越多地被应用于船舶结构振动特性分析，在船舶尾部舱段结构振动、整船模态分析和上层建筑振动等方面已有大量文献发表。金咸定等针对某高速舰艇的主机换装，进行了艉部振动响应的预报，探讨了建模、模型的校正、以及阻尼和激振力的选取问题^[12]。邹春平等用有限元技术对船舶进行模态分析以及振动响应数值计算，比较了接近真实的整船有限元模型和尾部结构三维模型与梁组合的混合有限元模型的计算结果，总结了不同模型的适用性^[13]。Lin等建立了船体舱段有限元模型，分析了在不同的加载方式下船体结构振动响应情况，得到了船体结构振动控制的重要结论^[14]。有限元法在静态分析和低频动态分析方面能够得到较为精确的结果，但对于高频动态分析由于其对网格精度要求较高往往容易产生较大误差。近年来，得益于测试设备和信号处理技术的快速发展，实测研究方法逐渐成为研究船舶振动问题的重要手段^{[15] [16]}。实船测试以及简化实验被直接用于工程实际以及对理论分析和数值计算结果的验证。

本毕业论文的内容就是首先根据图纸对某型船船体尾部结构进行建模与拆装仿真，运用有限元分析软件对船尾结构进行静动力学仿真分析，校核船体尾部结构刚度与强度，分析船尾动力学性能；对船体尾部结构进行刚度强度以及模态分析有利于优化船尾结构的力学特性，避免在结构设计中出现力学缺陷。