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大型多功能远洋渔船的有限元强度分析

发布于:2016-09-14 17:39
强度分析

      目前,我国在大型远洋秋刀兼鱿鱼钓船研发、设计及制造等方面还处于起步阶段。国家发布的《船舶工业“十二五”发展规划》已明确提出“抓紧研制适合我国远洋渔业生产的高性能远洋渔船”,并以船型开发为依托,突破设计和建造的一系列关键技术,开展核心配套设备的研制工作,形成能够自主研发和自主建造的能力,因此,有必要加快开展多功能远洋秋刀兼鱿鱼钓船的研发设计的强度分析
      同时现代远洋渔船日趋大型化,无论从船型还是结构特点来看,都有向国际商船看齐的趋势,但是我国现行渔船建造规范没有及时更新完善,从结构设计规范方面来说,已不能完全适应现代远洋渔船的结构设计。为保证船体结构在船舶全寿命期内更加安全,全船有限元强度分析是很有必要的,分析结果可为渔船优化设计提供参考,对大型多功能远洋渔船全船结构强度直接计算具有引导作用。
      在此背景下,参照国际商船规范及其他运输船优秀研究设计成果,基于渔船规范完成了某大型多功能远洋秋刀兼鱿鱼钓船结构的初步设计。在此基础上,本研究以该船为目标船,进行了全船有限元强度分析。
      1船舶相关参数
      目标船为某大型多功能远洋秋刀兼鱿鱼钓船,主要工作海域为阿根廷、日本海域。
总长L    垂线船长LFF
计算船长L
型宽B
型深D
结构吃水d
方形系数C
设计航速V
      2水动力载荷计算
      水动力载荷计算是全船有限元分析的关键一步,目标船水动力载荷计算用法国Bv船级社的HYDROSTARApp来完成。
      2.1船体外壳面元模型的建立
      本船的外壳面元模型原点位于尾垂线水线面处,并保证水线面处有单元节点,且各单元法向指向舷外。xyz坐标中,,轴从船尾指向船首方向,y,轴从船中指向左舷方向,轴从水线面指向主甲板。建立模型时,模型网格过大则计算精度不够,过小则需要耗费大量的计算时间,因此取为2档肋骨或纵骨间距。为保证计算结果的精度,水线面处应作为水动力网格的边界。满载工况下,湿表面、水线面和干舷模型如图所示。
      2.2计算方式和参数
      基于三维势流理论进行水动力分析,水深取为无限水深;计算航速取零;波浪频率按波长与船长比(dlL)范围的0. 2-3选取,即0. 5-2. 5 rad/s,长取0. 1 rad/s;计算浪向角0-180°,间隔100;波浪谱采用PVI波浪谱;波浪散布图为全球波浪散布图,其涵盖了工作区域的最恶劣海况。
      2.3计算工况
      根据装载手册和散货船有限元分析的经验,计算如下2个工况:压载捕鱼(无鱼货,燃油70%)和满载离渔场(鱼货100 %,燃油30%)。按照装载手册中该装载工况下船的质量分布在App里输入质量分布数据,保证浮力与重力的平衡。
      2.4波浪弯矩剪力计算
      目前波浪弯矩和剪力计算有2大方法:国际船级社协会(IACS)统一的计算式(规范计算),各船级社均己采用IACS统一的计算公式,波浪载荷预报(水动力直接计算),根据波浪谱和波浪资料,计算波浪载荷长期预报值,进而得到波浪弯矩剪力的设计值,计算一般通过相应的App来实现。
      根据中国船级社(CCS)、英国劳氏船级社LR、德国船级社(GL)等船级社规定,对于船长大于等于65 m的船舶应校核其总纵强度,且规范适用范围为:LlB>SBID<2.SC。对于目标船,LlB=5.930 >BlD= 1.541>0.677,与规范临界值比较接近。如果波浪弯矩和剪力用规范计算,误差可能会较大,因此除规范计算外,对目标船的波浪弯矩和剪力还采用了水动力直接计算,以便比较。
      通过水动力直接计算,可以得到沿船长不同位置的垂向波浪弯矩、剪力的长期统计值,但考虑到采用的分析方法是基于线性理论,得到的波浪弯矩和波浪剪力在中拱和中垂时是完全相同的。而实际上由于非线性效应,对于中拱状态和中垂状态下波浪弯矩和波浪剪力应取不同的设计值,波浪载荷的直接计算结果应进行非线性修正。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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