综合集成桅杆的简化研究.pdf

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1、第４３卷第４期船海工程Ｖｏｌ．４３Ｎｏ．４２０１４年８月ＳＨＩＰ＆ＯＣＥＡＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＡｕｇ．２０１４ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１-７９５３．２０１４．０４．００６综合集成桅杆的简化研究陈游洋，侯国祥（华中科技大学船舶与海洋工程学院武汉，４３００７４）摘要：针对缩尺模型制作，利用Ｐａｔｒａｎ软件对实船桅杆原型和简化后的模型进行数值仿真，从振动和结构刚度两个方面与桅杆原型对比，依次考虑０１甲板下横舱壁、围住桅杆的各分层甲板以及分层甲板之间舱室隔板的影响，结果表明，各分层甲板以及分层甲板之间

2、的舱室隔板对桅杆的结构性能影响较大。考虑缩尺模型制作焊接局限，对分层甲板之间的舱室隔板进行等效简化，简化后的模型与桅杆原型吻合较好。关键词：桅杆；简化；振动；结构刚度中图分类号：Ｕ６６１文献标志码：Ａ文章编号：１６７１-７９５３（２０１４）０４-００２９-０５实船桅杆结构前期的简化对桅杆性能研究起模型，坐标系采用右手坐标系的总体坐标系，其中着至关重要的作用。一方面，简化后的模型需要x轴正方向指向船艉，y轴正方向指向右舷，z轴正与实船桅杆的振动、强度等结构性能基本保持一方向垂直向上。单元类型中板单元模拟桅杆结构致；另一

3、方面，简化后的模型影响着缩尺模型的制的甲板板、舷侧板、舱室隔板、桅杆围板、桅杆内部作，包括焊接工时、制作成本和施工工艺等因素。分层甲板、小桅板、横桁板，以及起加强作用的肘本文首先基于图纸建立完整的实船桅杆结构有限板等结构；梁单元模拟甲板纵骨、甲板纵桁、甲板元模型，然后从振动和刚度两个方面对比简化结横骨、甲板强横梁、舷侧肋骨、强肋骨、大桅围板和构的有限元模型与原型，分析简化的可行性，最后舱室隔板的加强筋等结构；质量单元用于模拟安考虑缩尺模型焊接局限对分层甲板间的舱室隔板装在小桅、横桁、大桅内部甲板以及桅杆围板上的［２］

4、进行等效简化。设备。桅杆结构的边界条件为０１甲板边界以及在肋位Ｆｒ１２１和Ｆｒ１４３处取为简支。见图１。１实船桅杆结构的仿真１）桅杆结构包括大桅主体、小桅、橫桁以及围住大桅的０１～０５甲板。其中大桅为薄壁筒形结构，主体内部有分层甲板和舱室隔板；０５甲板以上的分层甲板、小桅和橫桁有各种设备安装其上；０１～０５甲板之间布置有舱室隔板；大桅焊接在０１甲板上。其中０２甲板的范围为Ｆｒ１０１-Ｆｒ１５８，０３甲板范围为Ｆｒ１０３-Ｆｒ１５８，０４甲板范围为Ｆｒ１０４-Ｆｒ１４２，０５甲板范围为Ｆｒ１０６-Ｆｒ１４１。桅杆结构在

5、０１甲板下Ｆｒ１２１和Ｆｒ１４３分别设有横图1实船桅杆有限元模型舱壁。［１］２）基于Ｐａｔｒａｎ软件建立实船桅杆有限元３）为了使简化后的模型有参照标准，振［３-４］动方面采用实船桅杆结构（桅杆原型）整体一阶横向振动、整体一阶纵向振动、整体一阶扭转振收稿日期：２０１３－１１－０８动以及平台振动的模态和振型，见图２，表１。修回日期：２０１３－１１－１８表1桅杆原型的振动频率Ｈｚ第一作者简介：陈游洋（１９８５－），男，硕士生一阶振动平台研究方向：船舶与海洋结构物结构性能仿真横向纵向扭转振动E-mail：ｃｈｅｎｙｏｕｙａｎ

6、ｇ５２１＠１６３．ｃｏｍ１２．６１６１５．７６１４１．０１３５．９５８２９第４期船海工程第４３卷图4简化艉段甲板后的有限元模型图2桅杆原型一阶横向振动f＝12．616Hz表3简化艉段甲板模型与桅杆原型振动对比Ｈｚ通过在０７甲板和桅杆顶板各节点处分别沿一阶振动平台对比项横向纵向扭转振动x方向和y方向施加１０ｋＮ的力，求得对应方向的桅杆原型１２．６１６１５．７６１４１．０１３５．９５８整体位移进而可以求得模型分别在x方向和y方［５-６］简化艉段向的结构刚度（以下简化模型也采用相同的１２．７１９１５．６０７４０．６０９５．

7、９５８甲板模型方法）。见图３、表２。相对误差０．８１６－０．９７７－０．９８５０．００３／％表4简化艉段甲板模型与桅杆原型结构刚度对比－１位移／ｍｍ刚度／（Ｎ·ｍｍ）对比项xyxy桅杆原型３．１０４３．８６３３１５７．２１６２５３６．８８８简化艉段３．１５１３．８０９３１１０．１２４２５７２．８５４甲板模型相对误差１．５１４－１．３９８－１．４９２１．４１８／％2．2分层甲板图3桅杆原型在顶板处位移x＝3．104mm简化后的模型有０２～０５共４层甲板。考虑表2桅杆原型分别在x方向和y方向的结构刚度以后缩尺模型的制作，

8、在不影响桅杆整体结构性－１位移／ｍｍ刚度／（Ｎ·ｍｍ）能的前提下尽量简化模型，因此讨论４层甲板简xyxy化的可行性。共建立４个模型即大桅主体（包括３．１０４３．８６３３１５７．２１６２５３６．８８８小桅和橫桁）＋０１甲板、大桅主体＋０１～０２甲２桅杆结构的简化板、大桅主体＋０１～０３甲板以及大桅主体＋０１～０４甲板，同样从振动及结构刚度两方面与