船舶工程技術(shù)論文題目
船舶工程技術(shù)論文題目
船舶是能航行或停泊于水域進(jìn)行運(yùn)輸或作業(yè)的交通工具，下面是小編精心推薦的一些船舶工程技術(shù)論文題目，希望你能有所感觸!
船舶工程技術(shù)論文題目
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船舶工程技術(shù)論文
船舶工程中的力學(xué)問題
【摘 要】本文主要分析了船舶工程中的力學(xué)問題，通過探討其中的力學(xué)理論，進(jìn)一步分析了船舶工程中需要關(guān)注的力學(xué)要點(diǎn)，以期可以為船舶工程的建造提供參考。
【關(guān)鍵詞】船舶工程;力學(xué)問題
中圖分類號(hào)：F407文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
一、前言
在船舶工程的建造中，有很多需要關(guān)注的問題，其中，船舶工程建造的力學(xué)問題就是一個(gè)關(guān)鍵問題，所以，分析船舶工程的力學(xué)理論和要點(diǎn)非常有必要，這是提高船舶建造水平的重點(diǎn)。
二、工程力學(xué)的發(fā)展
1、工程力學(xué)的特點(diǎn)
工程力學(xué)雖然還處在萌芽階段，很不成熟，而且繼承有關(guān)老學(xué)科的地方較多，但作為力學(xué)的一個(gè)新分支，確有一些獨(dú)具的特點(diǎn)。工程力學(xué)著重于分析問題的機(jī)理，并借助建立理論模型來解決具體問題。只有在進(jìn)行機(jī)理分析而感到資料不夠時(shí)，才求助于新的實(shí)驗(yàn)。
工程力學(xué)注重從微觀到宏觀，以往的技術(shù)科學(xué)和絕大多數(shù)的基礎(chǔ)科學(xué)，都是或從宏觀到宏觀，或從宏觀到微觀，或從微觀到微觀，而工程力學(xué)則建立在近代物理和近代化學(xué)成就之上，運(yùn)用這些成就，建立起物質(zhì)宏觀性質(zhì)的微觀理論，這也是工程力學(xué)建立的主導(dǎo)思想和根本目的。
雖然工程力學(xué)引用了近代物理和近代化學(xué)的許多結(jié)果，但它并不完全是統(tǒng)計(jì)物理或者物理化學(xué)的一個(gè)分支，因?yàn)闊o論是近代物理還是近代化學(xué)，都不能完全解決工程技術(shù)里所提出的各種具體問題。工程力學(xué)所面臨的問題往往要比基礎(chǔ)學(xué)科里所提出的問題復(fù)雜得多，它不能單靠簡單的推演方法或者只借助于某一單一學(xué)科的成就，而必須盡可能結(jié)合實(shí)驗(yàn)和運(yùn)用多學(xué)科的成果。
2、研究內(nèi)容和方向
工程力學(xué)主要研究平衡現(xiàn)象，如氣體、液體、固體的狀態(tài)方程，各種熱力學(xué)平衡性質(zhì)和化學(xué)平衡的研究等。對于這類問題，工程力學(xué)主要借助統(tǒng)計(jì)力學(xué)的方法。工程力學(xué)的研究工作，目前主要集中三個(gè)方面：高溫氣體性質(zhì)，研究氣體在高溫下的熱力學(xué)平衡性質(zhì)(包括狀態(tài)方程)、輸運(yùn)性質(zhì)、輻射性質(zhì)以及與各種動(dòng)力學(xué)過程有關(guān)的弛豫現(xiàn)象;稠密流體性質(zhì)，主要研究高壓氣體和各種液體的熱力學(xué)平衡性質(zhì)(包括狀態(tài)方程)、輸運(yùn)性質(zhì)以及相變行為等;固體材料性質(zhì)，利用微觀理論研究材料的彈性、塑性、強(qiáng)度以及本構(gòu)關(guān)系等。
工程力學(xué)研究方向主要有：非線性力學(xué)與工程、工程穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)、應(yīng)力與變形測量理論和破壞檢測技術(shù)、數(shù)值分析方法與工程應(yīng)用、工程材料物理力學(xué)性質(zhì)、工程動(dòng)力學(xué)與爆破。
三、船舶工程中的主要力學(xué)問題
1、船舶的穩(wěn)定性
當(dāng)船的水面線以下部分產(chǎn)生的浮力等于船(及載物)之重量時(shí)，船將浮于水面。對船舶首要的要求是它能浮于水面而且在風(fēng)浪作用下不傾倒和進(jìn)水，也就是對船提出了穩(wěn)定性的要求。船舶的傾斜(或傾倒)分側(cè)傾和縱傾兩種，其分析方法是一樣的。以側(cè)傾為例，當(dāng)側(cè)向風(fēng)浪使得船受到一側(cè)傾力矩的作用而使船有側(cè)傾趨勢時(shí)，例如產(chǎn)生了一個(gè)傾角滬，這時(shí)候浮力中心位置會(huì)朝傾倒的一方偏移，因而浮力與重力作用線之間有了一段距離拭樹，稱創(chuàng)司為穩(wěn)定性力臂。
當(dāng)穩(wěn)心高于重心且浮力與拭司的乘積構(gòu)成的恢復(fù)力矩大于傾倒力矩時(shí)，就是穩(wěn)定的;否則就是不穩(wěn)定的，會(huì)使船傾倒。船舶的穩(wěn)定性分析就是要分析浮心與穩(wěn)心隨著傾角的變化而變化的穩(wěn)定性力臂曲線，分析什么傾角會(huì)引起傾倒以及設(shè)計(jì)船型時(shí)如何盡量增大允許的傾角。
2、船舶的推進(jìn)和阻力分析
提高船舶航行的速度和操縱的靈活性，是船舶設(shè)計(jì)尤其是軍用船艇追求的目標(biāo)。船舶的推力來自船的推進(jìn)器給水施加作用力從而獲得水的反作用力。目前較先進(jìn)的推進(jìn)器是由柴油機(jī)(或由核能帶動(dòng)的動(dòng)力)帶動(dòng)的水下軸流式螺旋槳(比槳槽與明輪先進(jìn))，因?yàn)槁菪凉{的阻力最小，效率最高。船舶的推力最大值是一定的，當(dāng)速度提高時(shí)，阻力也不斷提高，直到阻力達(dá)到推力值時(shí)，速度再也提高不上去，因此任何一艘船都有極限速度。如航母等排水型船航速25-30節(jié)(注：1節(jié)=1nmile/h)，滑行艇(如導(dǎo)彈快艇等)30-50節(jié)，水翼艇40、70節(jié)，氣墊船40-140節(jié)，地效翼艇40-300節(jié)。船舶的阻力是制約速度提高的主要原因，阻力來自水阻和氣阻，水阻主要是旋渦分離阻力、摩擦阻力和興波阻力。旋渦分離阻力是由于高速行駛的船舶尾部渦旋與船尾分離以及推進(jìn)螺旋槳尾端空化而造成的前后壓力差產(chǎn)生的。這種阻力只在高速和赫性流體中才存在。
3、船舶與海洋結(jié)構(gòu)物在波流作用下的水動(dòng)力學(xué)問題
此類問題的研究目標(biāo)是分析船舶與海洋結(jié)構(gòu)在波浪與海流昨用下的響應(yīng)和安全性問題。研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
(1)波浪理論
為了估計(jì)作用于結(jié)構(gòu)物的波浪力(力矩)的載荷，主要采用正弦波理論和斯托克斯有限振幅波理論。前者計(jì)算簡單，可應(yīng)用于譜分析計(jì)算;后者考慮了波浪的非線性，主要應(yīng)用于設(shè)計(jì)波法計(jì)算。
(2)水動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)方程的研究
水動(dòng)力問題主要研究結(jié)構(gòu)整體或局部構(gòu)件在波浪等載荷作用下，由于加速度引起的慣性力、慣性力矩，由于運(yùn)動(dòng)引起的阻尼力、阻尼力矩以及與位移有關(guān)的恢復(fù)力、恢復(fù)力矩;波浪力和力矩;海流作用力和力矩。主要用于建立準(zhǔn)確的水彈性運(yùn)動(dòng)方程。
(3)結(jié)構(gòu)物的運(yùn)動(dòng)
主要是指船體和浮式結(jié)構(gòu)物在浪、流作用下的三種運(yùn)動(dòng)(垂振、縱搖和橫搖)以及與波高平方成正比的二階力造成的結(jié)構(gòu)物的長周期運(yùn)動(dòng)。
(4)在生存條件下結(jié)構(gòu)物的安全性
除了上面講到的船體穩(wěn)定性外，尚有結(jié)構(gòu)的耐波性、抗振動(dòng)和抗疲勞破壞等性能。
對于以上問題的研究方法大致分為分析法、計(jì)算法、實(shí)驗(yàn)法3種。分析法有設(shè)計(jì)波法、設(shè)計(jì)譜法、非線性時(shí)域分析法和隨機(jī)線性響應(yīng)法，用來探討結(jié)構(gòu)物在波浪中的性能。設(shè)計(jì)波法是用假想的等效規(guī)則波(如上文提到的正弦波)代替實(shí)際不規(guī)則的波，只要保證基波周期和振幅一致即可。設(shè)計(jì)譜法是采用譜分析的方法，從長期海浪統(tǒng)計(jì)資料中求出最大波的有效波高與周期來確定設(shè)計(jì)譜，再求出結(jié)構(gòu)的響應(yīng)譜進(jìn)而確定響應(yīng)的極值。時(shí)域分析法是通過系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)和輸入的時(shí)間歷程求輸出時(shí)間歷程。隨機(jī)線性響應(yīng)法基于線性疊加原理和概率統(tǒng)計(jì)原理。它是一種非確定性方法，關(guān)鍵是要建立準(zhǔn)確的長期統(tǒng)計(jì)的波浪資料或樣本。計(jì)算法主要是指有限元法求水動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)響應(yīng)或結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。實(shí)驗(yàn)法分構(gòu)件實(shí)驗(yàn)、模型實(shí)驗(yàn)和實(shí)體實(shí)驗(yàn)。
四、船舶力學(xué)計(jì)算步驟簡析
為保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析的結(jié)果的準(zhǔn)確以及結(jié)果的安全可靠，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度力學(xué)分析必須有嚴(yán)格的分析過程。通過結(jié)合自身對各種情況的直接計(jì)算經(jīng)驗(yàn)以及參照通用力學(xué)分析計(jì)算過程，直接計(jì)算法力學(xué)分析步驟可歸納為如下內(nèi)容：
1、分析結(jié)構(gòu)情況或用途。必須首先明確結(jié)構(gòu)的實(shí)際結(jié)構(gòu)情況或者其用途，包括結(jié)構(gòu)所處的區(qū)域，結(jié)構(gòu)的參數(shù)及樣式等，為后續(xù)的模型簡化及材料屬性定義做準(zhǔn)備;
2、分析結(jié)構(gòu)受力情況。分析受力區(qū)域結(jié)構(gòu)的受力情況或者根據(jù)結(jié)構(gòu)的用途來分析結(jié)構(gòu)的受力，同時(shí)對其受力參數(shù)如受力大小，力臂長度等數(shù)據(jù)采集備用;
3、建立并簡化受力模型。這是最重要的步驟，根據(jù)受力結(jié)構(gòu)自身機(jī)構(gòu)的實(shí)際情況，根據(jù)安全系數(shù)偏大的原則，簡化成的受力分析較簡單的一般力學(xué)模型，如簡支梁，懸臂梁，固支梁等;
4、加載受力并求出結(jié)構(gòu)的剪力圖及彎矩圖。此為正式計(jì)算分析過程，根據(jù)受力的情況以及簡化后的力學(xué)模型對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果梁的剪力圖及彎矩圖，并對其中的峰值進(jìn)行計(jì)算，得出結(jié)果備用;
5、對危險(xiǎn)截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。通過彎矩及剪力圖，找出彎矩及剪力圖的突變截面，運(yùn)用一般的材料力學(xué)方法對該區(qū)域的拉、壓應(yīng)力以及剪切應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，再根據(jù)強(qiáng)度理論和一定安全系數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度判斷;
6、確定合適的截面或采取適當(dāng)加強(qiáng)措施。根據(jù)上步的判斷結(jié)果，確定該結(jié)構(gòu)是否符合結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，對于不滿足的要采取一定的加強(qiáng)措施或或者改變結(jié)構(gòu)自身屬性;
7、重新校核或確定方案。對不符合強(qiáng)度要求的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)或者改變結(jié)構(gòu)自身屬性后，重新按此程序進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。對于滿足強(qiáng)度要求的，計(jì)算過程結(jié)束。
五、結(jié)束語
綜上所述，要想進(jìn)一步提高船舶工程力學(xué)的科學(xué)性，一定要首先探討力學(xué)的相關(guān)原理和建造過程中的合理利用問題。同時(shí)，采取合理的措施，科學(xué)使用力學(xué)原理，提高船舶建造的質(zhì)量。
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