随着船舶燃料价格的上涨,越来越多的商船采用节能装置以提高螺旋桨效率,减少燃油消耗。前置导管因其结构简单,安装方便,节能效果明显等特点,是目前国内新造商船采用最为广泛的一款节能装置。但是前置导管与船体连接处发生结构破坏的事故时有发生,特别是随着船舶大型化发展,前置导管的尺寸也相应变得巨大,伴随而来的结构强度,振动问题日益突出。目前国内外船级社针对前置导管结构设计验证的规范尚属空白。日韩等国对前置导管等节能装置结构的研究比较成熟,但是对外保密。国内曾有工程师对前置导管的振动性能进行分析,但是对前置导管的载荷定量,结构强度评估鲜有研究。因此,针对大型前置导管结构设计和结构强度的研究,对促进大型节能装置的广泛使用和提高大型船舶航行的经济性、安全性具有重要意义。本文以超大型原油船(VLCC)为载体,研究前置导管结构设计的方法,并设计出结构安全可靠的前置导管装置。由于前置导管处于螺旋桨激振力作用范围,而且艉部流场也很复杂,因此导管将承受很大的振动影响,如果设计不当产生共振,就会产生结构性损坏,甚至会破坏螺旋桨。因此本文对前置导管的共振风险进行评估。应用有限元法和流体边界元法得到导管在空气中和水中的固有频率和振型,并对不同的加强方案进行比较分析,最终确定合适的导管结构设计方案。根据IACS共同结构规范(CSR)及德国劳氏船级社(GL RULES)中对船体载荷的要求,对前置导管结构在实际运营中可能受到的载荷进行定量分析。这些载荷包括船体三向运动时引起的惯性力,不同浪向下的水动力,纵摇时受到的尾部砰击载荷,以及横流作用下受到的侧向力。通过建立前置导管三维有限元模型,根据不同载荷组合对导管结构应力水平进行有限元分析校核。并利用简单的力学模型,探讨了导管剖面设计的方法和剖面模数估算公式,经有限元分析验证,结果令人满意,表明该方法对解决实际工程问题有一定的参考价值。