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1、第卷第期华东船舶工业学院学报年月而P大型集装箱船扭转强度分析王志军谢柞水船舶工程系摘要本文以吨集装箱船为实例,研究应用空间有限元模型计算船舶扭转强度的方法。根据集装箱船的特点,对实际船舶结构中的板,用板壳单元模拟,并计及波浪和货物引起的扭转力矩.在,。,,边界条件处理时剔除总纵弯曲的影响用结构分析程序P(sS计算所得结果准确可靠从而找AP到了一种大开。口船舶扭转强度分析的新方法:;;;关键词集装箱船船体强度扭转应力有限元法.,:U66143;U674中图法分类号131,,、。众所周知具有长大货舱开口的船舶可以大大提高装卸效率如集装箱船矿砂船等它们:,,的特点是舱口宽度已达到甚
2、至超过船宽的80%舱口长度达到舱壁间距的90%大大超过普,,;通货船船体抗扭能力严重削弱扭转强度的重要性已上升到与总纵强度同等重要的地位应1。根据文献[〕要求检查舱口变形和典型横剖面的翘曲应力某集装箱船171.om,.lm,14.Zm,9.sm,全船被五个横舱壁总长船宽23型深设计吃水,。分隔成四个大货舱(见图1)货舱开口长度占规范船长的75%本文将整个船体作为空间板壳,,。结构用有限元程序PcSAps2j[计算它的扭转强度所得结果对改进结构设计有重要意义7989124132159169图l基本结构图1研究对象#”,”、”取40~204间长度为121m范围内的船体作为研究对象
3、计及40204在内的五个横,,,,舱壁不计船体上纵横骨架把结构划分为1370个空间板壳单元每个单元四个节点每个节,、、、:、:、,,。点6个自由度即uvw000z共884个节点5304个自由度图2为局部结构单元划分。二;,,”示意图总体坐标灭一船长向首方向为正y一船宽方向;z一型深方向朝下为正原点在40:贵任编辑施林标华东船舶工业学院学报1994年中线面设计吃水处。2作用在结构上的外力沪知369艇叫370,因仅考虑扭转强度故不曰1,打1.回黔附1计作用在船体上的重力和浮川347,解勃鼠一鄂妇彦力只计及波浪引起的扭转力一1.卜t处一、C了矛幼1韶2肠3幼月加石产飞,2矩和船舶
4、装卸货物时引起的扭已3861。矩嘉.了`,.J1)波浪引起的扭转力矩.刀..根据文献【3〕计算各横剖曰州川汗,面处船体两侧波面高度除去宜sel徽ù川,{i静水浮力计算出作用在各板},}单元上的近似分布水压力该l水压力引起作用在船体上的扭八叮11.从以川户/脚丫,。、矩M2)船舶装卸货物时引起的357358359360361362363扭矩,根据文献【1〕由货物装卸297称~106.图结构单元划分示意图:不均匀引起的船体中部最大扭矩可近似取为...a摊,M即~157Bn=157X23IX7XS(1).。.=1269X10kNm..295X108kge一1m.其中刀,.lm
5、一船宽23;而一在船宽范围内集装箱行,。。数取一7晰一在船中部货舱内集装箱,::层数取一53货物装卸引起的扭矩力矩简化示意图认为该力矩在船长方向呈线图,,,,性分布作为近似计算该扭矩以梯形分布替代见图3并化作等效集中力作用在相应节点上。3边界条件””,,:鉴于讨论对象取40一204肋骨之间的船体首尾端结构被截去取如下边界条件””,、,、在40和204处约束各点船长方向位移绕YZ轴的转角以及扭转中心处的Yz方向,:位移为第期王志军等大型集装箱船扭转强度分1析,,.~0r~凡一O-V~W~OO(2)”,,、,:在船中剖面(113)处约束各点绕X轴转角YZ方向位移为,x0~OV~W
6、~0(3),。除去约束位移后结构总自由度为4958、“”,这样处理可保证除去Yz方向剩余弯矩的影响船体在上节外力作用下仅发生所希望的扭转变形。4各剖面特性及翘曲应力,,,根据以上分析建立的力学模型编程输入数据在486微机上调用pcSAPS程序经10050,:秒运算可得如下结果l)翘曲变形40牡剖面最大扭转角出现在中部舷侧外板处:..xo.一000419弧度(024度)”204剖面最大扭转角出现在船底外板处..xo~=000106弧度(006度):翘曲变形量为。。__。000419一000106..。.勺了J入一-一丁二丁一000148度/米<0006度/米-1乙1--~2)舱
7、口变形(舱口对角线伸长量△O,:各舱口对角线变化(见图4)按如下公式△l~l`一lO△l~1.一lo(4):其中,2,2。2l`=材(L+cU一U)+(B+矶一V)+(W一叭)l。。=材(。,2B+V,V。2。,2L+U一U)+(一)+(W一W)(5)图4舱口示意图图5典型横剖面图,,,根据各相应节点的输出位移四个舱口对角线长度变化如表1从表1可见舱口对角线最华东船舶工业学院学报1994年大伸长量绝对值14.4lmm小于35mm,满足文献[1〕要求。表1舱口四个角点的位移人点位移B点位移C点位移D点位移
