沿海集装箱船横向强度直接计算分析研究

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1、沿海集装箱船横向强度直接计算分析研究王小虎*作者简介：王小虎，男，1982年生，2004年毕业于江苏科技大学，助理工程师。(中航船舶重工有限公司,江苏泰州)摘要：利用MSC/PATRAN、MSC/NASTRAN对336TEU集装箱船的横向强度进行了有限元强度计算。给出了外载荷的计算方法和边界条件的施加方法，并在十种工况下对336TEU集装箱船进行了横向强度有限元强度分析。通过有限元分析得到的结论可用于指导集装箱船的结构设计与优化．计算结果表明结构强度满足强度要求。关键词：集装箱船；有限元分析；船体结构。中图分类号：文献标识码：0引言集装箱船作为海上货

2、物运输的一种主要船型，航速高、装卸快、停靠码头时间短，日益受到航运和造船界的重视，集装箱船的拥有数量和总吨位已成为一个国家海上运输能力的重要标志之一。长大的甲扳开口是集装箱船最主要的结构特征，因此，结构抗扭转性能是衡量其强度和刚度的重要指标之一。目前世界上几个主要船级社为了对集装箱船甲板大开口强度进行合理的评定，在其各自的规范中都给出了相应的简化计算方法和强度衡准。对这些方法和衡准进行分析、消化和吸收，将有利于掌握集装箱船甲板大开口特性，并在结构设计中找到更快、更好地满足相应船级社有关要求的途径。1船体说明及有限元模型1.1船体说明336TEU集装箱

3、船货舱区域为双壳、双底结构，肋距为500mm，双层底高1050mm，强框架间距2000mm，设有5根双层底纵桁。船舶总长99.200m，垂线间长93.0m，型宽18.5m，型深7.8m，设计吃水4.9m。本船前货舱内装载6行、6列、共5层，共176TEU；后货舱内装载4行、6列、共5层，共120TEU；尾部装载2行、5列、共4层，共40TEU，全船合计装载336TEU。均箱按10.5t/TEU，重箱25t/TEU，空箱2.5t/TEU进行计算。71.2有限元模型用三维有限元模型进行集装箱船主要构件的横向强度计算时，模型宽度范围：1）边界条件类型为对称

4、时选取为半宽模型（取左舷）；2）边界条件类型为非对称时选取全宽模型。舱段模型的纵向范围从#50肋位到#115肋位；垂向范围为从船体基线到舱口围板上缘。其中甲板等平板结构用板单元模拟，肋板、底纵桁、甲板纵桁、甲板强横梁、舷侧纵桁、舷侧强肋骨，舱壁水平/垂直桁等腹板用板单元模拟，面板用梁单元模拟；其它小的骨材用梁单元模拟。模型长度单位：mm。有限元模型：半宽模型结点9508个，单元18447个；全宽模型结点18687个，单元36623个。有限元模型见图1和图2，坐标系统采用右手坐标系，原点0位于Fr50号船底中线处，X轴指向船艏为正方向，Y轴指向左舷为正

5、方向，Z轴向上为正方向。图1半宽结构有限元模型图2全宽结构有限元模型1.3边界条件1.3.1对称边界条件模型的两端（A端_#50和B端_#115）和中纵剖面（CL）等均需约束。详细边界条件见下表1。表1对称边界条件位置线位移约束角位移约束dxdydzqxqyqz方向纵向横向垂向绕X轴转绕Y轴转绕Z轴转A端固定－－－固定固定B端－－－－固定固定CL－固定－固定－固定7K、L－－固定－－－LH、KG－－垂向力－－－1.3.2非对称边界条件模型的两端（A端_#50和B端_#115）和中纵剖面（CL）等均需约束。详细边界条件见下表2。计算工况的边界条件符号示

6、意见图3。表2不对称边界条件位置线位移约束角位移约束dxdydzqxqyqz方向纵向横向垂向绕X轴转绕Y轴转绕Z轴转A端固定－－－固定固定B端－－－－固定固定G、H－－固定－－－LH、KG－－垂向力－－－I、J－固定－－－－图3边界条件符号示意图1.4计算工况及荷载1.4.1计算工况根据中国船级社《集装箱船结构强度直接计算指南》及该船的稳性计算书，选取工况7LC1、LC2、LC3、LC4，选取满载出港（货舱进水）（LC5）对本船进行结构强度有限元计算，每种工况均取满载出港时的均箱和配箱两种装载情况进行计算。即共计算10种工况。其中LC1、LC4和LC

7、5为边界类型对称工况，LC2和LC3为边界类型非对称工况，计算工况详见表3。表3计算工况工况描述工况识别号外部荷载集装箱载荷边界条件类型静水载荷波浪载荷货舱内舱盖上中间一20ft箱位空舱工况1（LC1）其余箱位处20ft空舱上方舱盖—对称船舶横倾中间一20ft箱位空舱工况2（LC2）—其余箱位处20ft空舱上方舱盖—非对称船舶横倾工况3（LC3）—其余箱位处20ft所有舱盖20ft非对称船舶纵荡工况4（LC4）——所有舱内装载40ft，由纵向加速度产生的纵向荷载所有舱盖装载40ft，由纵向加速度产生的纵向荷载对称满载出港（货舱进水）工况5（LC5）其

8、余箱位处20ft空舱上方舱盖—对称注：——结构吃水，m；——波峰引起的局部波浪载荷；——货舱进水后的船舶实际