甲板船总纵强度计算的两种方法对比.pdf

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1、第40卷第6期2叭1年12月船海工程SHIP＆OCEANENGINEERINCv0J40No6Dec20llDOI：lO3963／jlssnl67l_7953．201106026甲板船总纵强度计算的两种方法对比陈威，李晓彬，徐双喜(武汉理工大学交通学院，武汉430063)摘要：分别运用水动力计算结合全船有限元方法以及薄壁梁理论计算89m甲板船的总纵强度。结果的比较分析表明，两种方法都能适用该类船型。关键词：甲板船；水动力分析；有限元法；薄壁梁理论中图分类号：u663．3文献标志码：A文章编号：1

2、67l-7953(201”06椰9—04近年来随着国内航运业的快速发展，国内航道、港口及码头因改建、扩建，需要设计和建造用于运输石头、黄沙等的大型甲板运输船。多数此类型的甲板船的主尺度比超出规范要求．需要对其波浪载荷进行直接计算。目前，波浪载荷作为船舶载荷中最重要的载荷，许多学者都对其展开了相关研究，计算方法也由二维切片法完善到了工程实用的三维非线性算法等⋯，基于这些算法出现了相应的计算软件。sEsAM是DNv船级社开发的超单元模块组合软件系统，能够有效应用于船舶工程领域和海洋工程领域，如导管架

3、平台、半潜平台、sPR平台等。目前计算船舶总纵强度的两种主要方法是变断面薄壁梁方法和全船有限元方法”1。本文利用sEsAM软件系统对某甲板船进行全船有限元建模并计算应力分布。1波浪载荷直接计算1．1计算船的主要尺度、工况及环境参数计算选取的甲板船主尺度为：总长89．75m，垂线间长85．9m，型宽16．2m，型深43m，设计吃水3Om。计算工况为满载出港、满载到港、压载出港及压载到港。波浪载荷直接计算采用的波浪谱是p-M双参数谱，波浪资料是IAcs推荐波浪长期统计资料，波浪载荷设计计算值取为10

4、“概率水平(代表设计寿命为20年)，作用区域是无限水深(H≥300m)，作用的浪向角O。～1800，收稿日期：20Ji_04一i8修回日期：20ll-08-3l作者简介：陈威(1988一)男，硕士生。研究方向：结构安全与可靠性E·majl：chenweil9船l104@hotmamcom波浪圆频率是0．1～25rad／s。1．2模型建立及计算结果根据船舶表面型线、质量分布建立水动力模型，水动力分析模型包括质量模型、边界面单元模型。边界面单元模型即PanelModle，见图1。质量单元模型(见图2

5、)，即MassModle，用于模拟甲板船的真实质量分布情况。所选取的25个计算剖面位置见图3。一、0——一图l甲板船的边界单元模型秀雾喜一，一图2甲板船的质量单元模型图3沿船长方面定义的截面位置波浪载荷计算结果见表1。表l波浪载荷最大弯矩(10“超越概率MN·m满载出港到港压载}{_：港到港3820137401045097991．3等效设计波的确定将船体置于一个确定的规则波在其所上计算99第6期结构应力。此规则波在其所具有的波K、相位、波高情况下产生的结构响应相当于长期预报值，利用波浪载荷的长期

6、预报极值和传递甬数极值得到的各工况下的等效设计波。满载出港中拱和中垂等效波见图4、5。65喜。主3羁2l07565黑55剖45：三35蜊25152””⋯”o芬嚣，普6”⋯”⋯”图5满载到港(中垂)2全船有限元分析2．1计算工况及全船结构模型计算的T况包括满载出港中拱和中垂、满载到港中拱和中垂、压载m港中拱和中垂、压载到港中拱和中垂。全船结构模型包括整个船长、船宽范围的船体结构。以右手直角坐标系，原点取在#o中纵剖面船底处，*轴沿船艏方向，y轴沿左舷方向，z轴指向高度方向。模型采用板壳单元、粱单元

7、和杆单元，板单元以四边形为主，在连接过渡的地方采用了少量三角形单元。1)甲板、船体外板及横舱壁采用板壳单元。2)甲板纵桁、强横梁、横梁、肋骨、强肋骨、船底龙骨等类构件采用梁单元。3)支柱、桁架斜撑采用杆单元。有限元网格尺寸：板壳单元的网格在船长方向按不大于肋距尺寸划分，船宽方向按不大于纵骨间距或肋距尺寸划分，型深方向根据情况参照肋距或纵骨间距尺寸划分。全船结构模型见图6。2．2载荷加载和惯性平衡原理在对波浪中运动船体进行结构强度汁算时，】00群4f)挂由于结构受到的城俯大多是Ih平衡的，船怵4、

8、身也存在刚体运动的力¨速度，这¨寸j焉婴建、，．台理的平衡处理方法，将结构受到的非平衡鼓倘_L}j惯’陀力予以平衡，并施加位移约求使绉个结构模刑小含有刚体运动自南度，可以预j9j”1载衙平衡时，此约束为小量。运Ⅲ有限元方法．进行准静态的结构直接计算分析1。图6全船有限元结构模型目前全船结构商接计算中．平衡处理方法主要有动平衡法和惯性释放法它们的求解原理是一致的，只足存加载惯性力的方法上有衅不同但是无论哪种方法，郝必须满足船体外载荷被准确描述的前提条件下才能刘仝船的节点载荷进行平衡调整，在施加边界