某油船改造成双舷侧散货船结构强度直接计算分析.pdf

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1、第39卷第5期2010年10月船海工程SHlP＆0CEANENGINEERINGVoL39N0．5Oct．2010DOI：10．3963／j．issn．1671—7953．2010．05．004某油船改造成双舷侧散货船结构强度直接计算分析张少雄，刘淇，申友波(武汉理工大学交通学院，武汉430063)摘要：以某单壳油船改造的双舷侧散货船为例，按照cCs《双舷侧散货船结构强度直接计算指南(2004)》要求，对船体屈服和屈曲强度进行直接计算分析。结果表明，该船的改造设计方案是可行的，各种构件的屈服强度和板格屈曲强度基本可以满足规范要求。关键词：直接计算；有限元

2、分析；屈服强度；屈曲强度中图分类号：U661．4文献标志码：A文章编号：1671—7953(2010)05一0011一03随着IMO制定的单壳油船淘汰时间的临近，将未到服务年限的单壳油船改造为散货船比较常见。对这些属于重大改建的船舶，确保其结构安全是改造设计中的关键。基于有限元计算的直接设计方法代表了船舶结构设计的发展方向[1]。针对某单壳油船改造成为双舷侧散货船(国内航行)的改造设计，按照CCS《双舷侧散货船结构强度直接计算指南(2004)》[2](以下简称《指南》)要求，采用舱段模型对其船体结构的(屈服)强度和主要构件上板格的屈曲强度进行直接计算和评

3、估，确定改造设计的可行性。表1船舶主尺度和主要参数总长／m228．19航速／kn15．00垂线间长／m220．00船级oCS型宽／m43．00双层底高度／m2．00型深／m19．00船中部位肋距／m4．40设计吃水／m13．50双层底肋板间距／m2．20方形系数0．8076梁拱／m0．80本散货船共有7个舱，船中处的No．5舱兼作重压载舱。取本船No．4、No．5、No．6三个货舱内的主要船体构件建立三维舱段有限元模型；依据设计图纸中的建造厚度以及本船超声波测厚报告中的测厚数据确定各构件的尺寸；按照《指南》的要求选定计算工况、计算载荷、确定边界条件等计算

4、条件，对改造设计散货船船体结构进行有限元直接计收稿日期：2009-12—08修回日期：2009—12—29作者简介：张少雄(1965一)，男，博士，教授。研究方向：船舶结构E-mail：shaoxiongzhan96556@126．corn算，重点考察No．5舱主要结构构件的强度。1有限元模型模型纵向取完整的No．5货舱，并向前后各延伸1／2个舱；由于船体结构以及施加的载荷左右对称，宽度方向只取左舷；高度方向取到舱口围板顶。即模型范围为：1／2No．6舱+No．5舱+1／2No．4舱(Fr61．5～Fr71．5)有限元模型见图1。图1计算模型计算模型中共

5、采用两类单元：板(shell)单元：模拟船体构件中的板壳结构，板厚为建造厚度减去由测厚报告提取的平均腐蚀厚度。板单元以四边形单元为主，在构件连接和圆弧过渡的地方采用少量三角形单元。梁(beam)单元：模拟船体构件上的纵骨、加强筋、扶强材、面板等。按照实际情况考虑梁的截面和偏心。有限元模型的网格大小：横向以纵骨间距(约825)为基准，纵向取肋距的1／6(约733mm)。四边形单元边长比不超过1：2。船底纵桁和肋板在高度方向采用的板单元1第5期船海工程第39卷数：中纵桁4个，其他3个。模型中共14510个节点、29865个单元，计算时共82130个自由度。模

6、型分组情况见表1。表1模型分组由于改造船国内航行，无多港装载以及隔舱装载航行的情况，计算所选取的计算工况包括：《指南》要求的I,C01一L(满载轻货)、LC01一H(满载重货)、IX：02a(满载且No．6货舱半载)、LC02b(满载且No．5货舱半载)、岫3(正常压载)、LCll(重压载)、LCl2a(港口隔舱重货(No．5))、LCl2b(港口隔舱轻货(No．5))、I』312c(港口隔舱轻货(No：4))、LCl3(港口轻货(No．4、No．5))等工况。按照《指南》，计算确定各种T况下的货物压力、压载水压力、舷外水压力、端面弯矩。边界条件按照《指

7、南》的规定施加。强度衡准时的强度标准按照《指南》规定的许用应力选取。2计算结果和强度校核．为了尽量避开边界条件对计算结果的影响，取计算模型中间货舱(包括横舱壁的垂直桁和水平桁)的应力作为评估结构强度的依据。板单元应力取单元形心处的中面(膜)应力，梁单元的应力取单元形心处的轴向应力L3J。屈服强度分析中各种构件中最大相当应力结果及强度评估见表2。整个模型(应力)有效范围，LC_12a工况下，板单元形心处中面VonMises应力结果云图见图2。表2各种构件最大应力结果及强度评估12某油船改造成双舷侧散货船结构强度直接计算分析——张少雄，刘淇，申友波图2模型有

8、效范围、IA：12a工况。板单元形心处中面而结果云图(单位MPa)利用CCS屈曲