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滾裝船是一種能裝載車(chē)輛或使用車(chē)輛裝卸集裝箱或托盤(pán)貨物的專(zhuān)用船舶，它裝載靈活，具有方便、快捷的特點(diǎn)，在中短途海上運(yùn)輸中發(fā)揮著重要作用。但滾裝船也具有穩(wěn)性差、綁扎要求高的特點(diǎn)；另外由于其裝載車(chē)輛的特點(diǎn)，對(duì)車(chē)輛甲板強(qiáng)度及總橫強(qiáng)度也提出了較高要求，滾裝船的安全性較普通船舶有著更高的要求。由此，于2002年對(duì)在渤海灣運(yùn)營(yíng)的滾裝船進(jìn)行了車(chē)輛甲板強(qiáng)度及總橫強(qiáng)度的有限元分析工作。
本文對(duì)車(chē)輛甲板強(qiáng)度分析工作做一總結(jié)。對(duì)于象船舶這樣復(fù)雜的工程結(jié)構(gòu)，無(wú)法直接使用經(jīng)典的結(jié)構(gòu)力學(xué)方法、彈性力學(xué)方法、板殼理論等進(jìn)行計(jì)算。雖然各船級(jí)社都有簡(jiǎn)化的校核方法，但那是以精度為代價(jià)的。作為一種行之有效的數(shù)值方法，結(jié)構(gòu)有限元分析能更加確切地反映具體船舶結(jié)構(gòu)的特性和細(xì)節(jié)。而計(jì)算機(jī)硬件的迅猛發(fā)展也為這種計(jì)算提供了可能。本文采用著名的大型通用有限元軟件ANSYS進(jìn)行計(jì)算。
對(duì)船體進(jìn)行有限元分析，必須首先建立有限元模型，它是根據(jù)船舶的結(jié)構(gòu)形式、受力情況、精度要求和計(jì)算的最終目的，運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)和有限元知識(shí)，對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，選用適當(dāng)類(lèi)型的單元加以模擬而得出的模型。
由于是計(jì)算車(chē)輛甲板的局部強(qiáng)度，考慮到計(jì)算費(fèi)用和精度，甲板在縱向上取3個(gè)車(chē)長(zhǎng)(按船舶預(yù)計(jì)裝載的最大車(chē)型)，上下各帶一部分舷側(cè)構(gòu)作為計(jì)算區(qū)段。
真實(shí)反映結(jié)構(gòu)的變形及應(yīng)力分布狀態(tài)，甲板、外板、內(nèi)底板、縱橫艙壁，以及縱桁材、強(qiáng)橫梁、強(qiáng)肋骨等縱橫骨架的腹板和面板等按空間板殼計(jì)算，縱骨、普通橫梁、主肋骨、艙壁扶強(qiáng)材、加強(qiáng)筋等橫剖面尺寸較小的構(gòu)件取為三維梁?jiǎn)卧�，并作偏心處理。有限元網(wǎng)格的劃分應(yīng)根據(jù)計(jì)算目標(biāo)和精度的要求，過(guò)細(xì)會(huì)給建模和計(jì)算工作帶來(lái)困難，過(guò)粗又會(huì)使計(jì)算結(jié)果不能表達(dá)細(xì)部的變形和應(yīng)力。為了保證計(jì)算精度，節(jié)省計(jì)算時(shí)間，本文采用了變網(wǎng)格剖分技術(shù)。在應(yīng)力集中部位和應(yīng)力梯度較大的部位采用精細(xì)的小網(wǎng)格，以真實(shí)反映應(yīng)力集中:如甲板等部位。其它如舷側(cè)、縱艙壁、外板等應(yīng)力變化較緩的部位采用了較大的網(wǎng)格，并注意到不同網(wǎng)格尺寸的平緩過(guò)渡。圖1，圖2為其中一條船的局部單元網(wǎng)格圖。
由于是在整船中選取一部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，在切開(kāi)處存在著彎矩、剪力、軸力等載荷，合理的做法是在切開(kāi)處等效施加這些載荷。但因?yàn)楸疚氖欠治鲕?chē)輛甲板的局部強(qiáng)度，應(yīng)用圣維南原理，一種替代的方法是在切開(kāi)處根據(jù)實(shí)際情況施加約束(限制節(jié)點(diǎn)位移)。采用這種方法，在切開(kāi)舷側(cè)的頂部、底部加上垂向和縱向(船長(zhǎng)方向)約束，在切出部位前后兩端的甲板平面，限制其橫向(船寬方向)位移。
車(chē)輛甲板除受由于總強(qiáng)度引起的彎曲應(yīng)力外，主要承受車(chē)輛對(duì)其的作用和結(jié)構(gòu)自身的重量。車(chē)輛對(duì)其的作用是通過(guò)車(chē)輪施加的，這就造成車(chē)輛甲板受到的載荷不均勻。從整體上來(lái)說(shuō)，車(chē)輛甲板承受的總載荷并不很大，但車(chē)輪下面的壓力很大，其它部位不直接承受載荷。所以車(chē)輪下面部分結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力都會(huì)很大。當(dāng)車(chē)輛甲板受到車(chē)輛作用時(shí)，會(huì)發(fā)生彎曲變形。支持它們的強(qiáng)橫梁、縱桁、縱骨、橫梁等也隨之彎曲，這是車(chē)輛甲板的主要變形。
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