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隨著計算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，對船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的有限元分析已經(jīng)成為可能。本文采用挪威船級社(DNV)開發(fā)的大型結(jié)構(gòu)分析程序SESAM軟件，在微機(jī)上對七萬噸自卸散貨船的貨艙段結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元強(qiáng)度分析。分析中采用的有限元模型共有1萬6千多個節(jié)點，將近2萬3千個單元。分析按照英國Lloyd'sRegister的ShipRight中對船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計算的指導(dǎo)性文件Structure Design Assessment(SDA)procedure進(jìn)行。通過計算分析可以看到，船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元計算在結(jié)構(gòu)模擬、載荷模擬和應(yīng)力校核等方面遇到一些問題。本文對這些問題作了初步的討論。
七萬噸自卸散貨船是上海船舶研究設(shè)計院與江南造船廠共同設(shè)計的新型船舶，其主尺度如下：垂線間長LpP215.00m，型寬B32.20m，型深D19.50m，結(jié)構(gòu)吃水14.2m肋矩50.82m該船舷側(cè)采用雙殼結(jié)構(gòu)。為安裝自卸設(shè)備，其貨艙段的底部結(jié)構(gòu)比較特殊。除貨艙、底邊艙和頂邊艙外，還布置有底中艙。底邊艙和底中艙都有高出雙層底的縱艙壁。雙層底高度僅為1.3米，并且不直接承受貨物壓力。散貨重量直接作用在底中艙、底邊艙的斜頂板和料斗口封板上。貨艙之間由槽形艙壁隔開。貨艙段的結(jié)構(gòu)、載荷都具有左右對稱性。整個貨艙段是一個復(fù)雜的大型空間板、梁結(jié)構(gòu)。圖為該船的典型剖面圖。
采用SESAM軟件中的PREFEM模塊進(jìn)行建模工作。結(jié)構(gòu)的有限元模擬按照Lloyd'sRegister的ShipRightSDAprocedure第三章對散貨船的規(guī)定進(jìn)行貨艙段模型沿船體縱向包括船中部的一個貨艙及與之相連的兩個貨艙的一半長度。利用結(jié)構(gòu)及載荷的左右對稱性，模型只取船體左半側(cè)。按SDAprocedure的規(guī)定，有限元網(wǎng)格沿船體縱向按肋距劃分，沿船體橫向按縱骨間距或槽形艙壁的槽形間距劃分。船體的各類板、殼構(gòu)件采用4節(jié)點板殼單元模擬。強(qiáng)框架、縱彬等構(gòu)件的高腹板也采用4節(jié)點板殼單元模擬。槽形艙壁每個槽形的面板和腹板都用一列4節(jié)點板殼單元模擬，雙層底肋板、縱析沿高度方向分成三列4節(jié)點板殼單元模擬。對甲板、舷頂列板及頂邊艙斜底板、底中艙斜頂板上的縱骨作了合并處理。采用上述有限元模擬的主要目的是保證位移、應(yīng)力的合理分布。雙層底肋板上的開口在建模時未予模擬，而是在分析計算結(jié)果時考慮其影響。頂邊艙、底邊艙和底中艙的小肘板以及平面橫艙壁、肋板、強(qiáng)框架腹板上的加強(qiáng)筋一般也忽略。對承受水壓力的平面橫艙壁上的加強(qiáng)筋作合并處理。有限元分析采用子結(jié)構(gòu)技術(shù)。將整個模型分成15個子結(jié)構(gòu)。各子結(jié)構(gòu)及最后拼裝成的總模型的概況如表所示。貨艙段結(jié)構(gòu)的有限元分析總模型如圖所示。
在貨艙段結(jié)構(gòu)有限元分析中應(yīng)采用能產(chǎn)生最大局部或總體載荷的載荷工況。按照ShipRightSDAprocedure的要求，并考慮到本船的營運情況，選用滿載出港、壓載到港兩種工況進(jìn)行分析�？紤]到每種工況下有中拱波峰、中垂波谷兩種波浪條件，最終確定滿載波峰、滿載波谷、壓載波峰和壓載波谷四種工況。四種工況下的裝載情況與相應(yīng)的載荷如表所示。表中的結(jié)構(gòu)自重由SESAM軟件自動計算�？紤]到建模時對結(jié)構(gòu)所作的簡化，對自重乘以系數(shù)1.050礦砂壓力按照ShipRightSDAprocedure的規(guī)定計算，分別從相應(yīng)艙室的頂點算起。舷外海水壓力包括吃水壓力和波浪附加壓力，其中波浪附加壓力按SDAprocedure的規(guī)定計算。根據(jù)SDAprocedure的規(guī)定，靜水彎矩取模型范圍內(nèi)的最大靜水彎矩或位于船中fl.4L范圍內(nèi)的全船最大靜水彎矩，并乘以系數(shù)1.05。波浪彎矩根據(jù)Lloyd'sRegister規(guī)范計算，分中拱與中垂兩種情況。以上載荷分為局部載荷與總縱彎曲載荷兩類。計算時對兩類載荷下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)分別進(jìn)行計算。在分析結(jié)果時再按SDAprocedure的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行校核。
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