某科考船起重设备甲板结构强度分析与探讨.pdf

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1、某科考船起重设备甲板结构强度分析与探讨余倩，范铭，高海军，张重洋，徐幼娟，叶帆(武汉船舶设计研究院有限公司，湖北武汉430064)摘要：依据500吨级科考船液压折臂吊机的典型工况要求，按中国船级社(ccs)规范建立吊机基座及立体舱段有限元模型并进行强度计算和分析，在此基础上提出4种不同的甲板支撑加强结构方案。对4种方案分别进行计算分析，对比应力大小。根据分析结果，考虑施工实际，提出采用的加强结构方案。分析结果可为吊机基座下甲板加强结构设计提供参考。关键词：甲板结构；结构强度；有限元分析；液压折臂吊机；

2、基座中图分类号：u661．42文献标志码：A0引言某科学考察船甲板上安装的液压折臂吊机主要用于布放回收科考作业设备及辅助工作艇。液压折臂吊的工作特点是负载大、力臂长、作业海况复杂，导致其倾覆力矩和回转力矩较大，往往对甲板及其支撑结构有较高的强度要求¨引。随着有限元分析方法的普及和应用，船舶结构的强度分析和计算校核也越来越多地采用有限元分析方法。张超⋯通过对结构应力变形结果进行分析，确定主要破坏载荷和载荷传递的方式及强度不足的部位和原因。李强悼1阐述了甲板设备支撑结构有限元结构分析方法，以及在加载过程中

3、应该注意的受力转换。本文以某科学考察船为例，采用ANSYS有限元计算软件，分析和探讨甲板支撑结构的加强方案和效果，为科考船的结构设计提供借鉴和参考。1船舶基本情况1．1船舶主要参数总长45．0m船宽8．4m型深4．0m设计吃水2．6m肋骨间距0．5m1．2参考规范本船结构分析依据《钢质海船入级规范》(2012)、《国内航行海船建造规范))2014综合文本、收稿日期：20174)9-20作者简介：余倩(1983一)，女，工程师，从事船体结构设计及优化方面的工作。《船舶与海上设施起重设备规范》(2007)

4、等。1．3材料特性本文所涉及的主甲板结构和船艉结构的钢材均为船用结构钢B级，材料特性及屈服强度见表1。表1船用钢材料特性及屈服强度钢材船用结构钢B级弹性模量E=2．06×105MPa泊松比／z=0．3密度p=7．85X10—9t／mm3屈服强度盯。=235MPa1．4许用应力按照《国内航行海船建造规范))2014综合文本第3．5．1．12条要求，在各种工况下，甲板支承结构(船体用结构钢B级)的计算应力应不大于表2中的许用值。表2结构的许用应力构件类型许用应力粱元正应力[矿]=157．45MPa许用相当

5、应力[盯。]=188MPa板元许用剪应力[r]=91．65MPa2无加强结构的舱段模型计算2．1舱段模型由于吊机中心位于Frl6横舱壁上的甲板中线面内，所以局部强度计算模型根据Frl0至Fr22的船体结构及吊机基座下的结构进行建模。在AN．SYS三维笛卡尔坐标系中建立起重设备甲板支撑结构立体舱段(Frl0至Fr22)有限元计算模型。以平行基线850mm的水平线与Frl0交点为坐标原点，16江苏船舶第34卷==：======================================船长方向为x轴，

6、正方向由船艉指向船首；舱宽方参考相关计算分析指南，还应将起重吊机支撑向为Y轴，正方向由船中指向左舷；型深方向为Z中心建立1个独立点MPC，将起重吊机基座下的有轴，正方向由基线指向甲板。计算中将甲板板及基关节点的Ⅱ；，u，，M：，吼，Or，Oz与其相关联，即建立刚座板、横舱壁板和舷侧外板、船底板均用Shelll81板性域，其模型图如图2所示壳单元离散，将甲板、舷部外板、横舱壁板以及船底板上的纵横构架均采用Beaml88梁单元离散。立体舱段三维有限元计算模型如图1所示。模型中单元总数6478个，其中She

7、ll63单元4429个，beaml88单元2048个，MASS21单元1个。-‘矾S。YS。网1仃限．庀计算模型2．2边界条件根据实际情况，在FrlO船体结构的边缘与Fr22船体结构的边缘施加简支边界条件，具体情况见表3。表中，rot为自由转动。表3边界条件表线位移角位移字号边界位置6，占y6：0，0y吼lFrlO处节点O0rolrot2Fr22处节点O0rot图2边界条件干"卅阽域2．3施加载荷根据起重设备厂商提供的主要性能参数及设计参数，吊机中心高度为甲板以上5000mm。当吊机吊起2t重物并以最

8、大回转半径工作时，液压折臂吊机对甲板的最危险作用力矩(颠覆力矩)M一为180kN·m，对甲板最大压力k。为55．0kN，此时作用在甲板上的最大回转力矩肘为30．0kN·m，假设其作用于吊杆支撑中心独立点MPC位置。鉴于吊机可以在360。范围内全回转，本文以3种极端工况来进行分析。假定当吊臂朝向右舷一l，轴方向为0。作为第1种工况，第2种工况是吊臂转向船艉，也就是与y轴成90。的一x方向，而吊臂向后旋转45。可作为第3种工况，其数值见表4。表中载荷位置见图