多用途船艙口蓋強(qiáng)度直接計算研究-第1篇

1、 多用途船艙口蓋強(qiáng)度直接計算研究 王曦Summary：艙口蓋是船舶重要舾裝件，在設(shè)計過程中，艙口蓋的強(qiáng)度問題不能忽視。本文運用MSC.Patran/MSC.Nastran軟件對17800DWT多用途船艙蓋在風(fēng)雨載荷和裝載集裝箱狀態(tài)下進(jìn)行有限元計算，并對計算結(jié)果分析，驗證構(gòu)件強(qiáng)度滿足使用需要。Key：多用途船；艙口蓋；有限元；載荷；強(qiáng)度：U662.2 ：A ：1006-7973（2016）07-0049-02艙口蓋是船舶重要組成部分，隨著船舶大型化趨勢的發(fā)展，艙口蓋面積也越來越大，其強(qiáng)度問題愈加受到人們重視。尤其對于多用途船來說，它不僅密封艙口，保護(hù)艙內(nèi)貨物，還對甲板上的集裝箱貨物起支撐作用。對

2、于其復(fù)雜的載荷情況，本文運用MSC.Patran/MSC.Nastran軟件對艙口蓋結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行有限元計算，分析計算艙口蓋構(gòu)件尺寸及整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度應(yīng)力分布情況，為類似船舶的艙口蓋結(jié)構(gòu)分析提供借鑒。1 船型及艙口蓋概述1.1 主尺度總長：156.80米；垂線間長：139.30米；型寬：21.60米；型深：11.40米；吃水：8.30米。1.2 結(jié)構(gòu)型式17800DWT多用途船共有五個貨艙，每個貨艙的艙口蓋是由3塊蓋板組成的鋼質(zhì)風(fēng)雨密艙口蓋。四個貨艙艙口蓋各塊蓋板結(jié)構(gòu)近似，每塊蓋板主要結(jié)構(gòu)由三道縱桁、五道橫梁和艙口蓋邊板組成。2 有限元模型2.1 模型范圍及建立本文以17800DWT多用途船艙口蓋作

3、為研究對象，由于各貨艙蓋尺寸及載荷條件相同，因此對第一貨艙的艙口蓋建立模型，見圖1和圖2。2.2 坐標(biāo)系坐標(biāo)系統(tǒng)采用右手坐標(biāo)系，見圖13所示，原點位于艙口蓋中心端處，x軸向船首為正方向，y軸向左舷為正方向，z軸向上為正方向。2.3 單元網(wǎng)格有限元模型以板殼單元、梁單元和桿單元為主。板（shell）單元：模擬主甲板板、舷側(cè)外板、船底外板、橫艙壁板，船底縱桁、實肋板，舷側(cè)縱桁、甲板縱桁、強(qiáng)橫梁、主肋骨等強(qiáng)構(gòu)件的腹板以及較大的肘板。梁（beam）單元：橫梁、普通肋骨、艙壁加強(qiáng)筋等結(jié)構(gòu)，以及縱桁、強(qiáng)框架等強(qiáng)構(gòu)件的面板和肘板的折邊等。桿（bar）單元：模擬支柱、斜桿。2.4 邊界條件根據(jù)縱向及橫向限位器

4、的特性，縱向限制其縱向的自由度，橫向限制其橫向的自由度，支成承塊限制其垂向自由度。模型邊界條件見圖3。2.5 材料屬性艙口蓋結(jié)構(gòu)采用船用鋼，材料屬性：彈性模量E=2.1x1011Pa，泊松比v=0-3，密度=7.85103kg/m3。3 計算載荷根據(jù)國內(nèi)航行海船建造規(guī)范第2篇第2章第20節(jié)的要求，直接計算時所采用的艙口蓋載荷、許用應(yīng)力和許用撓度應(yīng)符合表2.20.9.2的規(guī)定。模型中分三個工況。3.1 風(fēng)雨載荷工況風(fēng)雨載荷采用均布載荷的方式，施加在艙口蓋頂板上，工況LCl中，設(shè)計所有蓋板載荷為17.17kN/m2，模型載荷條件如圖4所示。3.2 20ft集裝箱裝載工況工況LC2中，按照布置圖進(jìn)行

5、20ft集裝箱受力點進(jìn)行加載：集裝箱每個箱角載荷：F=T/4=489810/4=117720N，模型載荷條件如圖5所示。3.3 40ft集裝箱裝載工況工況LC3中，按照布置圖進(jìn)行40ft集裝箱受力點進(jìn)行加載：集裝箱每個箱角載荷：F=T/4=969810/4=235440N，模型載荷條件如圖6所示。3.4 構(gòu)件重量模型范圍的構(gòu)件均按艙口蓋實際型式模擬，通過設(shè)置鋼材的密度和重力加速度來實現(xiàn)構(gòu)件的重量，并直接施加到結(jié)構(gòu)上，見圖7。4 許用應(yīng)力與許用撓度根據(jù)國內(nèi)航行海船建造規(guī)范第2篇第2章第20節(jié)的要求，直接計算時所采用的艙口蓋許用應(yīng)力和許用撓度應(yīng)符合表2.20.9.2的規(guī)定。許用正應(yīng)力、許用剪應(yīng)力如

6、表3與表4所示。艙口蓋Q235/AH36在裝載集裝箱工況下許用彎曲應(yīng)力、許用剪應(yīng)力、許用撓度如下表2所示。艙口蓋Q235/AH36在設(shè)計波浪工況下許用彎曲應(yīng)力、許用剪應(yīng)力、許用撓度如下表3所示。5 計算結(jié)果設(shè)置好邊界條件和載荷后，對有限元模型進(jìn)行計算分析，得到了整個模型的應(yīng)力分布和整體變形情況，將構(gòu)件一一獨立出來，分別得到其的最大應(yīng)力值及應(yīng)力分布。這里給出幾個典型構(gòu)件在LC1狀態(tài)下的應(yīng)力云圖，見圖811。貨艙艙蓋主要構(gòu)件在不同工況下的應(yīng)力和剪切應(yīng)力值見表46。表中與規(guī)定的許用應(yīng)力值進(jìn)行對比，模型中各構(gòu)件的彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力均小于規(guī)范要求的最小應(yīng)力，其變形結(jié)果也滿足要求，見表7。6 結(jié)論針對多用途船艙口蓋結(jié)構(gòu)和所受載荷的特點，分三種工況對其進(jìn)行有限元強(qiáng)度分析。依據(jù)文獻(xiàn)的要求對艙口蓋結(jié)構(gòu)建立有