金枪鱼围网船主桅结构优化设计.docx

第 1 章绪论 选题的背景及意义 大型美式金枪鱼围网渔船船长一般在 80 米左右，吨位 2000总吨以上，中型船长 一般在50?60米，吨位500?1000总吨。为追捕金枪鱼群，航速一般要求在14? 17节，主机功率较大，大型船为 3800?5800千瓦，中型船为1600?2700千瓦。 双甲板、中前甲板室船型，首部大都采用球首，尾部做成斜坡形并有滑道，以放 置和起卸渔艇。首部或首、尾部设有侧推装置，推力 15?25千牛。上甲板前部 为甲板室，用作布置船员生活舱室，后部为作业区，设有括纲绞机、鱼舱口、网 台等。甲板室后设主桅， 上部有鱼群瞭望台， 并设 2 根吊杆分别用以悬挂动力滑 车和起卸渔获物。下甲板为渔获物处理场所，有加工间、冻结间、鱼舱及辅助机 舱等。下甲板以下，主要为机舱、油舱及侧推装置等。大型船的首部还设有直升 飞机平台。配渔艇 2? 3 艘，供放网时驱赶鱼群和调整网形用捕捞机械设备有 10 多种、 20 台左右，如围网绞机、上纲引纲绞机、浮子纲绞机、动力滑车及底环 撑杆等。均为液压或电力传动，并可集中遥控。 大型美式金枪鱼围网渔船的总布置是根据船东的要求， 能够满足渔船在围网作业 的要求来布置的。 美式金枪鱼围网渔船布置的基本原则就是保证该船在营运的过 程中能拥有优良的航海性能的条件下， 同时依照美式金枪鱼围网渔船的围网捕鱼 的作业特点， 尤其是针对该船仅仅捕捞金枪鱼这一种鱼种的特点， 就可以将改船 布置为一个利于捕捞的连续生产线模式。 这样就可以把渔捞金枪鱼操作流程和金 枪鱼速冻保鲜操作流程结合起来，同时可以尽可能地保证船员居住的舒适性。 综上所述，由于美式金枪鱼围网渔船在总布置设计中的特殊要求， 就导致该 船的稳性问题成为一大难点。 提高船舶稳性的措施一般做法就是减低船上各种设 备和重量布置的重心高度， 在船的底部加压载物。 但是考虑美式金枪鱼围网渔船 在设计要求上就需要尽可能增大舱容， 捕捞更多的金枪鱼。 因此，对金枪鱼围网 渔船主桅的优化设计就越来越受到船东和设计方的重视。 在设计桅杆的过程就要 尽可能地减低桅杆的重心高度，从而来提高船舶的稳性。 国内外发展状况及趋势 金枪鱼围网渔船研究的发展状况 美式金枪鱼围网渔船是渔船中比较先进的一种船型，它的主要特点是运行船速 快、操作机动灵活。该船上配备了各种各样的金枪鱼渔捞机械设备、探鱼设备、 渔捞辅助设备及冷藏保鲜装置。 由于金枪鱼具有大量的营养价值， 越来越受到消 费者的青睐， 金枪鱼的利润也比较丰厚。 因此，越来越多的船舶专家学者开始对 美式金枪鱼围网渔船进行研究探索。 陈龙等通过收集各种有关美式金枪鱼围网渔 船的实船资料， 并对这些实船的主要参数进行分析研究， 就推导出一系列的些经 验公式；贾复等通过对美式金枪鱼围网渔船的主尺度、 快速性、 稳性等进行了调 查研究，就得到了一些近似公式及相关数据； 周崇庆等通过对美式金枪鱼围网渔 船的快速性的研究， 他主要对船型参数、 宽度吃水比、 浮心纵向位置和球鼻艏参 数等数据进行了详细地分析， 并提出一些宝贵的建议。 目前， 我国相关专家学者 对美式金枪鱼围网渔船的研究还停留在对金枪鱼围网渔船的船型特点和参数进 行分析研究， 但是具体的研发与设计方面的论文基本没有， 而专门针对美式金枪 鱼围网船设计和分析的规范更是少之又少。为了满足船东在捕捞作业中的要求， 美式金枪鱼围网渔船就必须具备优良的初稳性、 良好的快速性和回转性。 而主桅 和吊杆作为捕捞工况下的主要的承载结构， 它们所处位置重心也较高。 因此，优 化主桅和吊杆结构， 减小其重量对于高整体稳性有着重要意义。 普通渔船的主桅 通常采用规范或经验公式进行设计， 金枪鱼围网渔船对稳性的要求较高， 且主桅 的承载情况较为复杂，采用常规方法实现主桅结构的精细设计存在困难。 第 2 章 有限元基本理论及方法 概述 在数学中，有限元法(FEM Finite Element Method)是一种为求得偏微分方程 边值问题近似解的数值技术。 它通过变分方法， 使得误差函数达到最小值并产生 稳定解。类比于连接多段微小直线逼近圆的思想， 有限元法包含了一切可能的方 法，这些方法将许多被称为有限元的小区域上的简单方程联系起来， 并用其去估 计更大区域上的复杂方程。 有限元法的解决域是由许多小的互连子域称组成的， 然后对每一单元假定一 个合适的近似解，然后推导求解域一般满足的条件，并求得问题的解。这个解不是 精确的解,只是近似解而已。原因是在求解实际问题的时候，会采用将复杂问题 的进行简单化处理。现实情况也是这样，大多数工程实际问题很难求得精确的解， 而只能求近似解。而有限元的计算精度高，况且能满足各种复杂形状，能够满足实 际工程问题的精度要求。因此，有限元法成为了一种十分热门的工程