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多用途船舱口盖的有限元分析

发布于:2018-05-17 19:58
有限元分析

      舱口盖是船舶主要结构设备之一,多用途船舱口盖的主要作用是承受风雨载荷以保证船舶货舱的风雨密状态,作为载货平台用来载运各种甲板货物,如集装箱、木材等。随着船舶的大型化和舱口盖功能的多样化,舱口盖的屈服和屈曲强度问题正越来越受到设计方和建造方的关注,因此要在满足规范强度要求下寻求较合理的结构加强和改进方案。本研究对某载重为54500DWT多用途船的舱口盖建立模型进行有限元分析,全船设四个货舱,舱口盖的形式为钢质风雨密液压折叠式舱盖,平顶开式结构,货舱舱口盖顶板、强横梁和纵析均采用AH36高强度钢,其他构件采用船用A级钢,按规范确定作用于舱口盖上的载荷,重点关注船舶在迎浪和横浪状态下由于集装箱的惯性力而施加于舱口盖上的那部分载荷,并根据应力计算结果对原结构进行加强与改进。
      该船共有四个舱口盖,由于第四货舱舱口盖和第三货舱舱口盖结构相同,因此仅分别对第一货舱、第二货舱和第三货舱的舱口盖进行加载分析。对于顶板和其他构件按规范扣除腐蚀增量为2mm,第一货舱舱口盖有限元模型的正面和反面如图所示。根据纵向及横向限位器的特性,纵向限制其纵向及垂向的位移,横向限制其横向的位移,支撑块限制其垂向位移,表为模型施加的边界条件。
      根据舱口盖受力情况,考虑到均布的风雨载荷及惯性载荷,按表所示的五种工况进行校核。集装箱惯性载荷计算时考虑两种状态,分别为迎浪状态b(正的升沉运动)和横浪状态和d(负的横摇角)。当舱口盖不承载货物时,仅需考虑风雨载荷作用的影响,并将此载荷以均布压力形式作用于舱口盖顶板上。由于该船船长超过100m,根据盖板所处位置,按表所示公式计算风雨载荷。
      风雨密舱口盖的许用正应力和许用剪应力由钢材的屈服应力和舱口盖的安全因子所决定的,如表h所示。有限元计算结果表明,在原设计情况下三块舱口盖顶板的最大正应力均未能满足小于许用应力的要求,故需对顶板厚度加强,由原来的10mm增厚到12mm,第一舱口盖顶板的部分厚度还需加厚到14mm。
      对于多用途船来说不仅要承受风雨载荷作用还要承载一定货物如集装箱等,因此有必要对舱口盖板及其支撑构件做屈曲强度校核。鉴于手工计算屈曲强度较为繁琐,参照舱段中屈曲计算方法,利用中国船级社开发的CCS tools工具中的屈曲模块对该舱口盖的盖板、横梁腹板以及纵析腹板的屈曲因子进行了计算,计算中扣除了相应腐蚀余量,结果表明,所有构件的屈曲强度均满足规范的要求,其中第一舱口盖的屈曲因子如图所示。
      1)舱口盖顶板以及横梁腹板和纵析腹板的最大正应力均出现于第一种工况,这表明考虑风雨载荷对强度的影响比较大。2)计算中考虑了集装箱惯性载荷,更加准确地模拟了船舶实际飞行中舱口盖的受力情况,计算结果表明惯性载荷对舱口顶板的强度影响较大。3)顶板下加强筋结构应力较大,但仍在许用范围内,这与后来对顶板结构进行加强有关,同时计算中扣除了腐蚀余量2mm,计算结果是偏于安全的。4)在结构加强基础上对舱口盖作屈曲评估,屈曲因子大于1,满足规范要求。


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