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船舶舱口盖的有限元分析与设计优化

发布于:2016-05-22 19:04
有限元分析

      舱口盖是船舶货舱开口的关闭装置,肩负着密封舱口、保护货物和支撑平台的重要作用。由于在船舶营运过程中,舱口盖将承受货物和甲板上浪等外部载荷,这就要求其必须具有足够的强度,鉴于此,各大船级社规范都对船舶舱口盖的强度校核提出了计算要求。近些年来,随着舱盖设计技术和构造形式的变化,原有的经验公式和简单计算方法己经无法满足舱盖设计的发展,而有限元分析计算方法由于其可以方便地处理较为复杂的结构,且计算结果直观,精度较高,在舱盖的设计中能有效地控制重量,优化结构,因此这种方法得到了广泛的应用。
      本研究基于CCS《国内飞行海船建造规范2012》中关于船舶舱盖强度计算的要求,先容了舱盖有限元计算的流程,并结合实船算例,探讨了船舶舱盖设计优化的方法。
      有限元模型的建立应基于结构的形式。舱盖一般采用纵横结构形式,以纵骨架式的舱盖为例,其舱盖载荷作用于顶板,主要由纵骨承受并传递到强横梁上,强横梁再通过强纵析传递到两端支撑结构,最后将力传递到甲板舱口围上。
      本研究使用大型有限元AppMSC.Patran建立模型,建模原则根据CCS《国内飞行海船建造规范2012》关于结构强度直接计算的要求进行。三维有限元模型应能够准确描述舱盖的几何形状,模型中所有的板,包括强横梁和强纵析的腹板和而板,应采用板单元进行模拟,并尽量减少使用三角形单元,特别是在结构应力集中区域避免采用三角形单元,横梁和纵骨等普通扶强材一般使用梁单元模拟。模型网格的大小应根据普通扶强材的间距来确定,尽量采用比较方正的单元模拟,强横梁和强纵析等主要支撑构件的腹板在高度方向上应至少分布3个单元,板单元的长宽比不得大于3:1。
      边界条件的设置对计算结果有很大的影响,应根据结构的实际工作情况来合理地确定有限元模型的边界。因为舱口盖是放置于舱口围板之上,由支撑块、限位块和锁紧装置对其进行固定,所以边界条件应根据这些装置的布置情况对舱盖模型施加约束。一般情况下,按照船体坐标系,支撑块处应约束Z方向的线位移,横向限位块应约束Y方向的线位移,纵向限位块应约束X方向的线位移。当然,在舱盖的设计中,限位支撑装置往往会出现纵横向限位块或者支撑块兼限位块等情况,这就要按照实际情况对舱盖施加以上三种约束的组合。
      有一些设计人员在舱盖强度计算中,将整个舱盖的侧板下沿都施加了Z方向约束,这会使计算结果的应力水平偏小,特别是在支撑块处的应力下降得特别明显,从而使结果更容易符合规范的要求。


                                                                                  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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