摘 要

邮轮，被称为造船界皇冠上的明珠，其设计水平，制造难度都是业界顶尖的水平，更是一个国家工业体系能力，科技发展水平的集中体现。我国造船工业近年来发展迅猛，设计和建造水平有了极大的提升，近几年大力发展旅游业，其中邮轮作为标志性的产品更是得到了重视。铝合金结构因其质量轻、造型美观、比强度高、不易腐蚀等特性而在船舶结构中得到广泛应用。大型邮轮具有庞大而又复杂的上层建筑结构，从经济性、舒适性和安全性考虑，需要严格控制其重量和重心高度,上层建筑的轻量化是减轻船舶重量，控制船舶重心高度的有效举措。而在邮轮上建铝合金甲板板架上，为了减轻重量和结构设计的需要，通常会进行不同形状不同大小的开孔，这对于船体结构强度影响很大。

本文以纵骨架式邮轮上层建筑的铝合金板架为研究对象，在甲板开孔的相关规范和文章基础上进行有关研究。建立了符合相关规范的邮轮上建铝合金板架模型，运用有限元方法研究甲板板架面板开孔对于强度的影响。将极限承载力作为强度的量化标准。因为在铝合金板架面板上开孔会使得结构出现明显的应力集中现象，一旦超过材料的屈服极限，结构会失稳甚至会发生破坏。本文通过对一系列板架的模型的计算分析，比较其极限承载力，分析了板架开单个孔时，孔的形状、大小对强度的影响；开孔加强对强度的影响等等。最终得到较为适合铝合金板架的开孔方案，并以此归纳总结研究方法和开孔原则等。

关键词：铝合金板架、开孔、有限元、极限承载力

Abstract

Cruise ship, known as the Pearl on the crown of shipbuilding industry, its design level and manufacturing difficulty are all the top level in the industry, and it is also the concentrated embodiment of a country's industrial system capacity and scientific and technological development level. In recent years, China's shipbuilding industry has developed rapidly, and the level of design and construction has been greatly improved. In recent years, the tourism industry has been vigorously developed, especially the cruise ship as a landmark product. Aluminum alloy structure is widely used in ship structure because of its light weight, beautiful shape, high specific strength and corrosion resistance. Large scale cruise ship has a huge and complex superstructure structure. In terms of economy, comfort and safety, it is necessary to strictly control its weight and center of gravity height. The lightweight of superstructure is an effective measure to reduce the weight of the ship and control the height of the center of gravity of the ship. In order to reduce the weight and the need of structural design, the aluminum alloy deck frame on the cruise ship usually has different shapes and sizes of openings, which has a great impact on the strength of the hull structure.

In this paper, the aluminum alloy plate frame of the longitudinal frame type superstructure of cruise ship is taken as the research object, based on the relevant specifications and articles of deck opening. A model of aluminum alloy plate frame for cruise ship is established, and the influence of deck plate opening on the strength is studied by using the finite element method. The ultimate bearing capacity is regarded as the quantitative standard of strength. Because the opening in the aluminum alloy panel will make the structure appear obvious stress concentration phenomenon, once the yield limit of the material is exceeded, the structure will lose stability or even damage. In this paper, through the calculation and analysis of a series of plate frame models, the ultimate bearing capacity is compared, and the influence of the shape and size of the hole on the strength and the influence of the hole reinforcement on the strength are analyzed when a single hole is opened in the plate frame. Finally, we get a more suitable opening plan for aluminum alloy plate frame, and summarize the research methods and opening principles.

Key Words：aluminum alloy plate frame, opening, finite element, ultimate bearing capacity

目录

摘要 3

第1章 绪论 6

1.1 课题研究的背景和意义 6

1.2 开孔板架研究概况 6

1.3 本文主要的研究内容 7

第2章 邮轮上建板架极限承载力研究 9

2.1 研究方法 9

2.2 建立有限元模型 9

2.2.1 几何模型与坐标轴 9

2.2.2 模型材料与尺寸 9

2.2.3网格划分 10

2.2.4边界条件与载荷 10

2.3 有限元计算结果 11

2.4 本章小结 12

第3章 开孔板架的强度研究 13

3.1 开孔形式研究. 13

3.1.1 开孔形式 13

3.1.2 有限元计算结果及分析 16

3.2 对于开孔尺寸的研究 19

3.3 本章小结 28

第4章 开孔加强的强度研究 29

4.1 开孔加强方式 29

4.1.1 环形加强形式 29

4.1.2 贴板加强形式 31

4.2 本章小结 33

第5章 总结与展望 34

5.1 研究工作总结 34

5.2 未来工作展望 34

致 谢 36

参考文献 37

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

邮轮，被称为造船界皇冠上的明珠，其设计水平，制造难度都是业界顶尖的水平，更是一个国家工业体系能力，科技发展水平的集中体现。我国造船工业近年来发展迅猛，设计和建造水平有了极大的提升，近几年大力发展旅游业，其中邮轮作为标志性的产品更是得到了重视。1954年,第一艘铝合金船在日本建造。铝合金结构因其质量轻、造型美观、比强度高、不易腐蚀容易加工和可以造全焊接船体等优点而在船舶结构中得到广泛应用,受到各国造船业的重视[^[1]]。目前,日本有100多家公司正在建造铝合金的高速快艇、客船和渔船,铝合金船的总数已超过2500艘。近20年来,瑞典、挪威、丹麦以及芬兰共约建造了1000艘铝合金船[^[2]]。

然而只有极少的学者进行了开孔板架的强度有关的研究。本文就国内某邮轮上层建筑甲板结构开孔进行了研究，该邮轮有多层甲板的上层建筑，用于布置旅客舱室，设有餐厅和完善的娱乐设施，许多娱乐设施如大厅和观光绿化平台等需要的空间较大，常常跨越多层甲板，故而各层甲板都设有不同大小形状的开孔，这些开孔会破坏甲板的完整性和连续性，而对甲板强度造成不同的影响，而开孔处存在的应力集中问题更是对于船体结构有较大影响。国内外在这一方面的研究几乎是空白的，因此有必要对其性能进行分析研究。

1.2 开孔板架研究概况

船体板架是船体结构的最主要的组成部分。对船体板架稳定性的计算分析, 是船体结构极限强度分析的主要内容之一。