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散货船结构强度的有限元分析

发布于:2016-10-23 18:54
有限元分析

      散货船属于巴拿马型散货船,根据巴拿马运河当局的规定,船长不能超过289.6 m,船宽不能超过32.3 m。对本船设计影响较大的规范是2006年4月1日生效的散货船共同结构规范和2009年1月1日生效的国际海上人命安全公约(SOLAS)破舱稳性规则。前者决定了船体结构的构件尺寸,后者对货舱长度的选取有很大影响。本船的母型船不满足后者要求,需要改变货舱长度。
      为研究规范变化对船体结构强度的影响,首先按照美国船级社(ABS) 2005规范要求,采用SAFEHULL V12.0对母型船货舱结构强度进行有限元分析。其次根据国际船级社协会(IACS)在2008年7月和2009年7月推出了散货船共同结构规范CCSR新版本,采用MSC Patran/Nastran及中国船级社开发的AppCCS-Tools,对新船型的货舱结构强度进行了计算。
      根据ABS 2005规范第5部分第3章要求,进行有限元分析时,构件需采用净厚度(总厚度减去名义腐蚀值),进行有限元分析的工况有10种,有限元建模按指南要求,采用三舱段模型,网格大小为肋骨问距。本研究利用Patran建模,手工扣除腐蚀余量,再导入SAFEHULL加载。通过对10种工况的计算结果进行分析,发现母型船的设计合理,结构强度满足规范要求。
      CSR综合了IACS成员的经验与研究成果。同原有的各船级社规范相比,在设计理念、理论基础和强度计算方法上有很大改变。较原规范主要依据统计回归和经验的设计,新规范更多地应用了先进的力学理论,结构设计和评估需要更多地采用直接计算分析。
      CSR采用等效设计波方法用于设定设计载荷,包括在静水中和波浪中的船体梁载荷以及与板垂直的侧向载荷。与等效设计波对应的载荷工况有8种,分别为H1,H2,F1,F2,R1,R2,P1和P2。以前的散货船规范中,对波浪仅考虑波峰和波谷两种情况,没有考虑横浪。等效设计波方法考虑了横浪,从而使不同装载模式下直接计算的载荷工况增力。
      由于CSR的复杂性,无法用传统的手工计算方法确定载荷和处理结果。而且,在CSR的直接计算规范中,由于大大增加了工况数以及大量引入细网格和精细网格分析,从而极大地增加了直接计算的工作量。
      CSR2008版主要是对文字的编辑性修改,对于有限元分析影响不大。
      一般巴拿马型散货船有7个货舱,分别设有重货舱、轻货舱和风暴压载舱。在进行舱段分析时,分别需要建立3个有限元模型进行分析。现对目标舱为轻货舱兼风暴压载舱的有限元结果进行先容。
      通过分析,发现屈曲强度不够的地方主要是船底板和甲板。解决的办法有2种。1种是增加板厚,从而减少压应力,另1种就是加筋,从而减小板格,分析结果满足结构屈曲强度要求。
      疲劳破坏是一个复杂的过程,各船级社都有关于船舶疲劳强度校核的规定,但存在很大的差别,CSR分别统一了油船和散货船的疲劳计算方法。对疲劳敏感区进行分析时,须先在整体舱段模型中重新定义载荷及工况,得到结果用于精细网格模型分析。
      计算结果表明,该处的疲劳寿命低于25年。为此可参照文献的方法,对其进行加强:1)增加折角处内底板的厚度;2)提高该处焊缝的厚度;3)对该处焊缝予以打磨。此外,如果是在方案设计阶段,可以通过改变结构形式,提高疲劳寿命。但如果改变结构布置,需要重新进行舱段FE建模,工作量很大。


                                                                                  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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