浮船坞结构强度直接计算方法对比研究.pdf

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1、第42卷第1期2013年02月船海工程SHIP&0CEANENGINEERINGV01．42No．1Feb．2013DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2013．01．001浮船坞结构强度直接计算方法对比研究赵振宇1，刘寅东2(1．上海船舶设备研究所，上海200031；2．大连海事大学交通运输装备与海洋工程学院，辽宁大连116026)摘要：以某3500DWT举力内河钢制浮船坞结构直接强度计算过程为对象，对比质量点和“软梁”加载托举载荷，铰支和惯性释放约束条件下的计算结果，分析不同加载方式和约束条件对响应结果的影响，并给出相应的评价

2、和应用技巧。关键词：浮船坞；结构强度；有限元；质量点；惯性释放中图分类号：U663．2文献标志码：A文章编号：1671-7953(2013)01-0001-04在有限元结构强度计算时，对于沿直线分布的线载荷可以基于节点等效载荷理论在作用线上施加载荷函数；也可以对载荷函数简单地分段离散进行保守计算。对于处于受力平衡状态的结构计算模型，可以由三点铰支来约束其刚体的平动和转动，也可以应用惯性释放约束。文中分析了在典型工况作用下的浮坞力学模型，针对其托举载荷沿直线分布、受载后处于平衡态的特点，在通用有限元软件中建立全坞结构强度分析模型，对比分析研究上诉有限元分

3、析方法¨‘3J。1惯性释放惯性释放(inertiarelief)是MSC．NASTRAN或ANSYS中的一个高级应用M引，允许对完全无约束的结构进行静力分析。如果结构上作用有一个自平衡力系，即使完全不受约束的全自由结构，也会产生应力；但此时在结构上对任意一点进行约束，得到的反力应该等于0。在复杂结构如船舶等的有限元直接计算过程中，一个绝对平衡的力系是几乎不可能得到的，其原因是数值计算的累计误差和设计载荷施加算法的限制等方面的影响。但如果用惯性力平衡的方法就可以方便地构造出一个自平衡力系。设y为所有节点(工，工，．疋，m。，m，，m：)分量组成的节点外载

4、荷向量；艿为所有节点加速度分量(u，否，面，汐。，汐，，汐：)组成的节收稿日期：2012—08—09修回日期：2012—09—18第一作者简介：赵振宇(1985一)，男，硕士，工程师研究方向：结构强度分析E·mail：yu0516010129@126．com点加速度向量，用有限元方法构造的静动力平衡方程为y+脚=0(1)式中：M一质量矩阵，M=IpNrNdO。jn-求解式(1)可得到所有节点为了保持平衡所需的节点加速度，进而可以得到节点惯性力。再将节点的惯性力作为外载荷施加到单元节点上，人为构造出一个平衡力系，这时候计算中不再需要边界条件。这种构造结构

5、静力平衡的方法叫做惯性释放。2基于规范的浮船坞结构强度评估2．1有限元模型建立2．1．1浮坞主要结构说明计算浮坞为箱型单底整体式钢质浮船坞，该浮船坞主尺度及主要参数见表1。表l浮船坞主尺度及主要参数参数数值参数数值设计举力／kn35000工作吃水／m2．7总长／m109．2。壬竺t嫠(浮箱0．4甲板中心处)／m设计水线长／m101．2。壬堂：王嫠(浮箱0．3甲板边线处)／m型宽／m31．0最大下沉时吃水／m8．5内宽／m25．0最大下沉时干舷／ITI2一坞体高(纵中剖3．1hk"龙骨墩以上吃水／m4．6面矩，t／m⋯坞体高(抬船甲．板边线处)／m。龙骨

6、墩高／m3．9上甲板距基线／m10．5压载舱数目／个24安全甲板距基线／m8．0肋骨间距／m0．55纵骨间距／m0．50第1期船海工程第42卷该坞除坞墙上甲板外，均为横骨架式，肋距为0．55m，上甲板为纵骨架式，纵骨间距0．50in，横向强框架不超过4档设置。在坞体内设置3道纵向水密舱壁，横向除设置水密横舱壁外，还在每一压载水舱中设置1道非水密支撑舱壁，以加强横向强度。2．1．2模型范围取整个浮船坞(全坞长、全坞宽、全坞高)范围内的坞体结构主要构件在MSC．patran中建立三维有限元模型，见图1。图1全坞三维有限兀模型结构模型中共有461810个节点

7、、110131个单元(其中壳单元55873个、梁单元54258个)、自由度数为2770860个。2．1．3计算工况参照CCS《内河浮船坞技术要求》(2010年)7I，以工作时的典型工况为计算工况，见图2。即浮船坞的吃水与中龙骨墩高度正好齐平、被载船抬出水面时的状态。坞墙名聊、q．鬲盖。、』llIlI1『Ill，弋。TTT玑T浮箱(睚载水舱)’仁厶、JlIlI』l／d一计算工况对应的吃水；91·浮箱甲板水压头；q2-压载水对浮箱甲板压头；吼一压载水对船底板压头；q4-舷外水对船体外板压头；p。一中墩对浮箱甲板压力；c一浮船坞自重。图2浮船坞典型受示意计算

8、载荷主要包括：①浮船坞自重；②进坞船的重量；③压载水的重量；④舷外静水压力(不计波浪影响)；⑤