1．目的及意义

1、研究目的及意义

1.1 目的

钢质浮箱式坞门是现代修造船业的重要组成部分，其充水下沉后可将船坞内部与外部水域分隔，用水泵将船坞内水抽去便可以进行船舶修造，排水浮起后船坞便与外部水域相连，可以进出船舶。浮箱式坞门由于适应性强，制造简单等优点，成为使用较多的坞门形式。随着经济全球化的持续发展，船舶也朝着大型化发展来适应世界海运量的增长，船舶大型化发展对造船技术有了更高的要求，首先就对船坞尺寸提出了新的要求。因此，用于现代船坞的钢质浮箱式坞门从早期的小型趋向大型、超大型。而大型、超大型钢质浮箱式坞门也带来了如分仓、结构横稳性等问题。本文希望利用有限元直接计算法对船坞及坞门的设计研究提供一种相对合理的技术路径。

1.2 意义

开展70m浮箱式坞门结构设计研究，本人将充分运用大学四年所学知识，在老师的指导下，利用规范及现有资料确定坞门结构主要尺寸、确定分舱、进行钢结构计算，并对坞门进行稳性校核；利用有限元分析软件计算坞门相关位置的应变等参数。本毕业设计涉及港口航道与海岸工程、结构工程等多个学科。

运用三维建模软件绘制浮箱式坞门的三维立体模型，将建好的模型导入到有限元结构分析软件中进行网格划分，完成坞门系统在水压力等作用下的强度校核。该研究结果有助于了解浮箱式坞门的结构特性，并为以后国内大型浮箱式坞门的设计提供参考，具有一定的工程应用价值。

1.3 国内研究现状

到目前为止，对浮箱式坞门的结构设计及相关领域，国内外学者已经进行了许多研究：国内方面，顾汉泉^[1] 在大连造船厂3号船台10万吨级半坞式船台设计中采用了钢质浮箱式坞门。坞门尺寸长53.2m,宽7.5m,高8.8m；南毅^[2] 对一种万吨级注水式船坞浮箱式坞门进行了设计分析，这种坞门兼有挡水和泵房两中基本功能，这种功能减少了坞池水工构造的注排水作用，可借助水的浮力以人力移开坞门，省却了普通钢闸门的卷扬系统；徐灏^[3] 利用ANSYS有限元计算软件对大连新船重工有限责任公司浮箱式坞门进行了强度刚度分析，总结出了一些利用有限元软件进行结构计算时需要注意的问题；胡友安等人^[4]利用ANSYS对某大型坞门进行了有限元仿真计算，计算了坞门在静水压力作用下的约束反力、变形和应力，为坞门的结构设计提供了参考；王玮^[5] 利用SolidWorks三维建模软件及其二次开发设计了浮箱式坞门参数化设计系统，实现了在给定一组主尺寸的情况下快速分舱、稳性校核、建模等功能，生成满足规范与稳性要求的分舱方案，提高了设计速度与质量；杨永祥等人^[6] 对80 m干船坞的浮箱式坞门在两种极端工况下进行了有限元强度分析，结合相关规范给出边界条件的施加方法和载荷计算方法，最后对有限元计算结果进行了分析，为浮箱式坞门的设计提供了参考依据；蒋梦嫣^[7] 针对用于现代修造船坞的钢质浮箱式坞门从早期的小型趋向大型、超大型。为了更好地进行浮箱式坞门的设计工作，根据浮箱式坞门的工作原理、结构形式和沉浮过程，结合实例分析，针对大型浮箱式坞门工作状态下的横稳心高度变化趋势进行总结，给出了横稳心高度变化的一般规律，发现坞门沉浮过程中横稳心高度的突变点及最危险的时刻，最后提出设计优化措施；此外，汪彦钧^[8] 通过对工程投资、施工难易、结构受力及安全可靠性等方面的分析，采用合理措施，在保证设计与制造质量的同时，节省成本，节约工期，在某海外船厂半坞式船台浮箱门设计与制造中取得了了良好的效果，可为类似工程提供借鉴；于涛等人^[9] 针对超大型浮体的横向、纵向下浮体两种构型分别开展完整稳性分析,并对其稳性分析结果进行对比分析,对相关技术要点进行了探讨,给出了超大型浮体构型研究中关于下浮体布置朝向的建议,为相关科学问题的研究打下基础。国外方面，You-An等人^[10] 利用ANSYS软件对大型坞门的有限元模型进行了数值模拟。得出了码头闸门的静特性，如压力下的反应、位移和应力，为码头闸门的设计提供了理论依据；Shin等人^[11] 在浮动条件下数值估算了浮箱式坞门的耐波性，并采用3种宽度为1~20的舭龙骨进行了船坞闸门的自由滚动衰减和耐波性试验；Zhang等人^[12] 利用ANSYS有限元软件对坞门的强度和刚度进行了分析，并根据CCS的位移、应力和应变，得到了水力压力下的受力情况和边界条件；Jiang^[13] 针对大型浮箱式坞门工作状态下的横稳心高度变化趋势进行总结,给出了横稳心高度变化的一般规律，最后提出了设计优化措施；Chen^[14] 对桁架结构闸门进行了有限元分析。使用不同的荷载计算方法，对两种极限荷载下码头闸门应力分布及变形结果进行了分析，对于码头闸门的设计和应用具有一定的参考价值。Liu^[15]在坞门吊装过程中使用ANSYS实体建模方式建立吊耳及坞门局部的有限元模型,经过有限元计算分析得出吊耳的强度符合使用要求,有效降低了吊耳对坞门局部的应力集中。{title}

2. 研究的基本内容与方案

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2、基本内容和技术方案

利用有限元直接计算法对船坞及坞门的设计进行研究，对70m浮箱式坞门结构设计。采用有限元方法，建立有限元模型，对设计的浮箱式坞门进行直接计算分析，使其满足结构强度要求。

具体技术方案流程如下：