某打桩船结构强度计算与分析

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1、唐春丽，等：某打桩船结构强度计算与分析·19·某打桩船结构强度计算与分析唐春丽，吴建国，李永正(江苏科技大学’船建学院，江苏镇江212003)中纵剖面。坐标系详见图1所示。提要针对某50m打桩船进行整体结构强度计算与分析。按照《钢质海船入级与建造规范》(2006)要求，利用结构分析软件ANSYS程序进行计算。结果表明该船体应力值满足相关规范要求，具有足够的强度。关键词打桩船结构强度静水剪力静水弯矩中图分类号U662文献标识码Al前言一艘船舶从建造下水到退役的整个生命周期中，会遭受到各种外力作用。因船体本身细长的结构特点，对于船体结构安全

2、起全局性和决定性影响的是船体的纵向强度l1】。船体强度是否符合规范要图1有限元模型及坐标系示意图求，是否存在不可忽视的不安全因素，是设计人员必R为绕z轴的转角，R为绕Y轴的转角，R为须重视的课题。根据某50m打桩船的结构特点，利用结构设计绕轴的转角。软件ANSYS计算了两种工况下的弯曲强度和剪切2．2有限元模型强度。最后将结构中的最大应力与材料的许用应力本船有限元模型是板梁结合的空间3D模型。进行比较，来确定该船结构强度是否满足规范要求。模型采用了2D平面有限单元和3D线有限单元。该船的主要尺度见表1。由于船体结构对称于中纵剖面，所以可

3、以考虑半个船体剖面。模型各部分的建模方法具体如下。表1船体基本数据甲板采用2D平面单元建模；甲板纵桁和高应总长水线长型宽型深设计吃水肋距桩腿(rn)(Il1)(m)(m)(m)(m)(根)航区力区域的纵骨以及甲板强横梁均采用3D梁单元；甲板平面内其他区域的纵骨换算为甲板的相当5O．45O．422．43．01．3O．64沿海厚度。本船共有84个肋位，共有5个横舱壁。距中纵舱底板采用2D平面单元建模；舱底板纵桁和剖面3850ram和7900mm处各有一贯穿全船的纵重点分析区域的纵骨以及舱底板强横梁均采用3D舱壁。线单元；舱底板平面内非重点分

4、析区域的纵骨换算为舱底板的相当厚度。2计算模型各纵舱壁采用2D平面单元建模；各横舱壁采2．1坐标系选取用2D平面单元建模；各舱壁垂直桁采用3D线单元坐标系统的原点取在甲板面与#0肋位弦侧面建模；重点分析区域内的舱壁扶强材也采用3D线的交点处。方向为纵向，由船艉指向船艏；方向为单元，非重点分析区域内的舱壁扶强材均换算为舱竖向，由基线指向甲板；方向为横向，由舷侧指向壁的相当厚度。支柱采用3D线单元建模。象鼻梁结构均采用作者简介：唐春丽(1977一)，女，讲师。2D平面单元建模。·20·造船技术2009年第6期(总第292期)用于船体结构分析

5、的一个3D有限元模型及其+况1，I=}—h．．—●l=况2坐标系如图1所示。本模型总节点数为6178，单元．—数为6675。．．2．3边界条件¨三2．3．1工况1／_丁况1为直立打桩，平台柱脚不触地。整个计／算模型的边界条件如下(1)船中纵剖面处各个节点横向位移以及绕-r轴和绕Y轴的转角尺和R为零；图2工况1和工况2各站静水剪力(2)#0肋位的横舱壁与中纵剖面的交线的下+1况1+I况：端点的三个方向的线位移为零；Z弋．(3)#84肋位的横舱壁与纵中剖面的交线的下^舞／＼端点的y方向和z方向的线位移为零。l——＼．＼：穗(4)#O肋位的横

6、舱壁与距纵中剖面7900mP／lI＼＼的纵舱壁的交线的下端点的方向线位移为零。l7，．2．3．2工况2l23456789l0I1l!I3l4I5l6l7l8l9202122站

7、}工况2为前倾12。打桩，平台柱脚触地。整个计算模型的边界条件如下。图3工况1和工况2各站静水弯矩O0OO0OO图3显示，船体所受的最大静水弯矩是工况2伽(1)船中纵瑚剖枷面处㈣各个节点横∞㈣向∞位∞移以∞及∞绕∞㈨O时的静水弯矩，其值为4．8868×10kN·m，处于靠轴和绕Y轴的转角R和R为零；近船首区域的65号肋位，此时船体处于中拱状态。(2)#0肋位的横舱

8、壁与中纵剖面的交线的下并且两种工况的剪力零点和弯矩最大值相对应。端点的方向的线位移为零；3．2剖面模数计算(3)前、后桩脚处船体结构节点的方向线位移根据图纸可得船体中剖面的剖面模数如下。为零。(1)甲板、舱底惯性矩2．4载荷除浮力和船体结构重量外，桩架、舾装、压载水I一[B·f。十(导)·A]×2作用在船体的力分别换算成相应位置的已知载荷。—10．08X10”mill工况1时桩架作用于船体的力为，前腿向下(2)侧惯性矩240t，后腿向下293t，平台柱脚不触地，不提供支撑I3一[·f·d。]×2—4．5×10mm力。况2时桩架作用于船体

9、垂直方向的力为：前腿向下610t，后腿向上656t，平台柱脚触地，提供支(3)角钢(I14OX9OX8)惯性矩撑力。f。一[J+A×(一10—95)。]×483相关计算结果分析—1．68×10”mm(4)T