摘 要

近二十年来，我国的船舶工业发生了翻天覆地的变化，造船技术水平不断上升。而邮轮被誉为“造船业皇冠上的明珠”之一，它的设计与建造并不是一个企业、一个领域的技术成果汇集，而是一个国家在一个时期综合科技水平和综合工业能力的集中体现，因此，其设计和建造难度可想而知^[1]。目前，铝合金结构因其轻质、美观、比强度高、耐腐蚀性好等特性而得到广泛应用，在船舶结构中也被陆续引入，例如在邮轮上层建筑结构中，大跨距多跨梁采用铝合金材料。在邮轮上建大跨距铝合金多跨梁上，为了减轻重量和通过管路，通常会进行较大尺寸的开孔，而开孔的存在对于船体多跨梁结构的影响很大。因此，各国船级社在结构规范中都对开孔的大小，位置和尺寸有明确的规定，并在一些区域禁止对结构开孔，但是有的开孔多跨梁在设计时会超过相关规范的允用要求，因此还需要对超过规范的开孔多跨梁的强度进行分析。

本文在学习多跨梁腹板开孔的相关规范和文章基础上，归纳总结研究方法和开孔原则。研究对象为纵骨架式邮轮上层建筑的铝合金T型多跨多跨梁，T型多跨梁腹板开孔位置容易出现明显的应力集中现象，一旦超过强度屈服极限，结构会发生破坏，降低其承载能力，甚至整体被压溃，因此将极限承载能力作为结构强度特性指标。由于研究对象为多跨梁，每个跨距之间要建有支柱支撑船体梁，所以也要考虑支柱的支撑作用对多跨梁结构强度的影响。这里运用有限元方法研究多跨梁腹板开孔对极限承载力的影响,分别讨论了多跨梁开单个孔时，孔的形状、尺寸、位置对其极限承载力的影响；多跨梁进行连续开孔时，孔的形状、尺寸、孔的间距对其极限承载力的影响等等。通过对这一系列多跨梁模型的分析，对比其极限承载力，最终得到大跨距多跨梁腹板大开孔的最佳开孔方案。

关键词：多跨梁；大开孔；有限元；极限承载力；支柱支撑

Abstract

In the past two decades, the ship industry in China has undergone earth-shaking changes, and the technical level of shipbuilding has been rising, and many types of ships have been successfully designed and built. and cruise ship is known as one of "the pearl on the crown of shipbuilding industry ". its design and construction is not a collection of technical achievements in an enterprise and a field, but a concentrated embodiment of a country's comprehensive scientific and technological level and comprehensive industrial ability in a period of time. therefore, its design and construction difficulty can be imagined^[1]. At present, aluminum alloy structure has been widely used because of its light weight, beauty, high specific strength and good corrosion resistance, and has been introduced in the ship structure, for example In the structure of cruise superstructure, aluminum alloy is used for long span and multi span beams. In order to reduce the weight and pass through the pipeline, large-size openings are usually made on the multi-span beam of aluminum alloy with large span on the cruise ship. Therefore, the size, position and size of the openings are clearly defined in the structural codes, and the opening of the structures is prohibited in some areas, but some of the open multi-span beams will exceed the allowable requirements of the relevant codes in the design, so it is necessary to analyze the strength of the open multi-span beams beyond the specifications.

On the basis of studying the relevant rules and articles of multi-span beam web opening, this paper summarizes the research methods and principles. aluminum alloy T type multi-span multi-span beam of longitudinal skeleton cruise superstructure. the opening position of T type multi-span beam web is prone to obvious stress concentration phenomenon. once the strength yield limit is exceeded, the structure will be destroyed, its bearing capacity will be reduced, and even the whole will be crushed. therefore, the ultimate bearing capacity is regarded as the structural strength characteristic index. Because the object of study is multi-span beam, each span should be built with support hull beam, so we should also consider the influence of support action on the strength of multi-span beam structure. This The influence of the shape, size and position of the holes on the ultimate bearing capacity of multi-span beams is studied by finite element method. Through the analysis of this series of multi-span beam models, the ultimate bearing capacity is compared, and the optimal opening scheme of large-span multi-span beam web is obtained.

Key words: multi-span beam；large opening；finite element；ultimate bearing capacity；support of support

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 5

1.1 课题研究的背景和意义 5

1.2 开孔多跨梁研究概况 6

1.2.1各国船级社开孔相关规定 6

1.2.2国内外研究现状 7

第2章上层建筑支柱结构分析 7

2.1规范中支柱结构设计原则 7

2.1.1 CCS规范 8

2.1.2 KR 规范 8

2.1.3 LR 规范 9

2.1.4规范总结 9

第3章多跨梁极限承载力研究 9

3.1研究方法 10

3.2 建立有限元模型 10

3.2.1 几何模型与坐标轴 10

3.2.2 多跨梁材料与尺寸 10

3.2.3 网格划分 11

3.2.4 边界条件与载荷 11

3.3 有限元计算结果 12

3.4 本章小结 17

第4章 支柱尺寸对梁极限承载力的影响 18

4.1圆柱形支柱 18

4.2总结 22

第5章 多跨梁开单孔时的强度研究 23

5.1 圆孔. 23

5.1.1 开孔大小 25

5.1.2 开孔位置 29

5.2 腰圆孔 33

5.3 本章小结 38

第6章 连续开孔多跨梁的强度研究 39

6.1 开孔形式研究 39

6.1.1 梁模型的确定 39

6.1.2 有限元计算结果及分析 39

6.1.3 开孔形式的选择 46

6.2 对于开孔间距的研究 46

6.3 开孔多跨梁的肘板加强 50

6.4 本章小结 52

第7章 总结与展望 53

7.1 研究工作总结 53

7.2 未来工作展望 53

参考文献 55

致 谢 57

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

近年来，豪华邮轮的建造订单量持续攀升，截至2017年底，全球豪华邮轮手持订单80艘/765万吨，创下历史最高纪录^[2]。据统计，2020年在世界范围内将新建豪华邮轮79 艘，中小型邮轮38艘，对于船舶行业来说，市场潜伏的117艘新建邮轮需求将带来总价值超过520亿美元的超大额订单^[3]。中国目前是世界上最大的出境旅游市场，2018年中国共接待邮轮969艘次，未来10年，中国有望成为世界上最大的邮轮旅游市场，世界邮轮经济将迎来中国时代^[4][5]。

随着中船集团与美国嘉年华集团、意大利芬坎蒂尼集团签订邮轮建造协议， 标志着我国邮轮建造即将实现零的突破，但这并不意味着我国已经掌握大型豪华邮轮的建造关键技术，豪华邮轮作为 “造船业皇冠上最闪耀的明珠”，其核心建造技术还需从合作中学习，从建造中探索。大型邮轮具有庞大的上层建筑结构，从经济性、快速性、舒适性和安全性考虑，需要严格控制其空船重量和重心高度,上层建筑的轻量化是控制船舶重心高度的有效举措。