非對(duì)位井桁式止鏈器加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究-ansys

1、 非對(duì)位井桁式止鏈器加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究陳立彭貴勝王景洋大連船舶重工集團(tuán)設(shè)計(jì)研究所有限公司,116023 摘要 船舶止鏈器在拉錨定位后與甲板下預(yù)設(shè)的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)不對(duì)位,須在后期進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整加強(qiáng)位置,由于空間狹小及高空作業(yè)而影響施工及生產(chǎn)進(jìn)度。本文改變慣有的對(duì)位加強(qiáng)形式,設(shè)計(jì)新型的井桁式止鏈器加強(qiáng)結(jié)構(gòu),變對(duì)位加強(qiáng)為區(qū)域加強(qiáng),實(shí)現(xiàn)止鏈器加強(qiáng)結(jié)構(gòu)全部在分段制作階段施工結(jié)束,避免后期的調(diào)整,降低施工難度,縮短建造周期。 關(guān)鍵詞止鏈器非對(duì)位井桁式Research on structure design of the chain stopper reinforce with #-Shaped non counte

2、rpointChen Li, Peng guisheng, Wang jingyangDalian Shipbuilding Industry Engineering and Research Institute Co., Ltd, 116023 Abstract After the anchor position, the chain stopper and the reinforcement under deck are not counterpoint. It shall be adjusted the site of the reinforcement. Because of the

3、narrow spaceand the working in high-altitude, the production schedule is influenced. In this paper, tochange the usual counterpoint reinforcement, design a new #-Shaped type chain stopperreinforcement to strengthen the chain stopper, change the counterpoint reinforcement toregional reinforcement. Th

4、e reinforcement are finished in the block period, avoid lateadjustment, reduce the difficulty of construction, shorten the construction period. Keyword chain stopper; #-Shaped reinforcement; non counterpoint1前言當(dāng)船舶在錨地拋錨時(shí),由于船舶自身的重量、裝載的貨物重量和風(fēng)、流的作用,錨鏈將承受巨大的拉力,僅僅靠錨機(jī)剎車帶剎緊后產(chǎn)生的剎車力是不夠的。如果這個(gè)巨大的拉力直接作用在錨機(jī)剎車帶上,勢(shì)

5、必造成錨機(jī)剎車帶的不斷磨損,一旦錨機(jī)的剎車力不能承受這個(gè)巨大的拉力時(shí),又會(huì)造成松錨、走錨、錨和錨鏈的丟失;如果錨機(jī)的剎車力始終能夠承受這個(gè)巨大的拉力,那么這個(gè)巨大的拉力就將作用在錨機(jī)的傳動(dòng)軸、錨機(jī)的機(jī)座上,就有可能造成錨機(jī)的傳動(dòng)軸、錨機(jī)機(jī)座的變形,嚴(yán)重時(shí)甚至造成錨機(jī)機(jī)座的拉裂、翻身。 為了能夠承受這個(gè)巨大拉力,錨鏈止鏈器本身(包括止動(dòng)塊、底座一般都設(shè)計(jì)比較笨重、堅(jiān)固,止鏈器的底座一般也直接燒焊在船首主甲板強(qiáng)度比較堅(jiān)實(shí)的甲板橫墚或甲板縱骨上,有些船舶在設(shè)計(jì)中還對(duì)安裝止鏈器位置的主甲板進(jìn)行局部重型加強(qiáng)1,其目的都是為了使船舶在拋錨時(shí)尤其是大風(fēng)浪中拋錨時(shí),錨鏈能夠承受巨大的拉力。然而,船舶止鏈器在拉

6、錨定位后與甲板下預(yù)設(shè)的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)不對(duì)位,須在后期進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整加強(qiáng)位置,由于空間狹小及高空作業(yè)而影響施工及生產(chǎn)進(jìn)度。本文以某30萬(wàn)噸VLCC原油船為例,以CSR規(guī)范2為設(shè)計(jì)指導(dǎo),改變慣有的對(duì)位加強(qiáng)形式,設(shè)計(jì)新型的井桁式止鏈器加強(qiáng)結(jié)構(gòu),變對(duì)位加強(qiáng)為區(qū)域加強(qiáng),實(shí)現(xiàn)止鏈器加強(qiáng)結(jié)構(gòu)全部在分段制作階段施工結(jié)束,避免后期的調(diào)整,降低施工難度,縮短建造周期。2止鏈器基座及其支撐結(jié)構(gòu)的有限元模型本止鏈器及其附近的船體支撐結(jié)構(gòu)的材料均為A級(jí)鋼和AH32級(jí)鋼,其彈性模量為206GPa,泊松比為0.3,密度為7 850 kg/m3,極限強(qiáng)度為235MPa和315Mpa。系泊設(shè)備應(yīng)盡量布置在甲板結(jié)構(gòu)的橫梁和縱桁等強(qiáng)構(gòu)件上

7、,以有效的分布系泊負(fù)荷。船體支撐結(jié)構(gòu)指的是那些與船舶舾裝件直接相連且用來(lái)分配作用在系泊設(shè)備上的力的船體結(jié)構(gòu),如與之相連的橫梁、縱桁和艙壁等。本報(bào)告結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的分析對(duì)象是船舶錨機(jī)下的船體結(jié)構(gòu),屬于局部應(yīng)力分析問(wèn)題。按照建立有限元模型的基本要求,模型的邊界取為強(qiáng)力構(gòu)件,具體范圍如下:縱向:取FR99橫艙壁至FR102強(qiáng)橫梁以內(nèi)的艏樓甲板橫向:取距中1700mm至距中12750mm強(qiáng)縱桁以內(nèi)的艏樓甲板垂向:取艏樓甲板至主甲板以內(nèi)的艙壁及支撐結(jié)構(gòu) 圖1 整個(gè)模型網(wǎng)格劃分 有限元模型中,甲板板、艙壁板、強(qiáng)橫梁、縱桁的腹板、肘板橫梁、骨材、扶強(qiáng)材、強(qiáng)橫梁與縱桁的面板全部采用shell單元模擬。本報(bào)告重點(diǎn)分析

8、的是止鏈器基座、相關(guān)甲板以及甲板下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,而這部分加強(qiáng)結(jié)構(gòu)比較多,要想真實(shí)模擬構(gòu)件的準(zhǔn)確位置,因此該部分網(wǎng)格大小采用50x50mm的shell單元,以便算出較為合理的應(yīng)力結(jié)果。 圖2 甲板下結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分 圖3 止鏈器基座網(wǎng)格劃分3載荷與邊界條件本船的錨鏈規(guī)格為114,查標(biāo)準(zhǔn)GB/T549-2008得到錨鏈的破斷負(fù)荷為8890KN。根據(jù)CCS規(guī)范要求,取破斷負(fù)荷的80%作為設(shè)計(jì)工況,方向?yàn)殄^鏈指向甲板平面上錨鏈管口中心,如圖4所示。 圖4 止鏈器的受力分析本文分析的是止鏈器基座、相關(guān)甲板以及甲板下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,因此并未建立止鏈器模型。而實(shí)際力的傳遞是由錨鏈傳到止鏈器,再傳到止鏈器基座,再傳到主船體

9、,止鏈器是傳遞力的載體,只要將止鏈器基座上的受力點(diǎn)與錨鏈載荷施加點(diǎn)關(guān)聯(lián)上即可模擬比較真實(shí)的受力情況,故用MPC來(lái)模擬。 圖5 邊界條件由于此模型范圍已足夠大,即在載荷作用下,模型邊界所產(chǎn)生的應(yīng)力已足夠小,所以在此模型中與其他結(jié)構(gòu)相連接處的邊界都采用簡(jiǎn)支處理,即在邊界節(jié)點(diǎn)Ux、Uy和Uz都為0,Rx 、Ry 和Rz都為自由,如圖5所示。4許用衡準(zhǔn) 倍,為352.5Mpa。如果采用AH32級(jí)鋼,其屈服極限yd=315Mpa,CSR許用應(yīng)力衡準(zhǔn)在不鄰近焊縫處與鄰近焊縫處分別為512.18 Mpa與451.9 Mpa。5計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件的應(yīng)力水平如表1所示,整個(gè)模型的合成應(yīng)力結(jié)果如圖6所示。表1 構(gòu)件應(yīng)力水平 圖6整個(gè)模型合成應(yīng)力結(jié)果6 結(jié)論 通過(guò)對(duì)井桁式止鏈器加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的研究，所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)方案已國(guó)內(nèi)的先進(jìn)水平，該項(xiàng)目 已經(jīng)通過(guò) DNV 及 CCS 船級(jí)社審核，在 T3000 系列上成功地進(jìn)行了應(yīng)用，并得到船東的好 評(píng)，其間解決的關(guān)鍵技術(shù)如下： 1. 實(shí)現(xiàn)了止鏈器井桁式加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式； 2. 實(shí)現(xiàn)了止鏈器甲板下加強(qiáng)在分段階