舵结构强度及舵杆直径敏感性分析.pdf

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1、船舶磊：舵结构强度及舵杆直径敏感性分析舵结构强度及舵杆直径敏感性分析郭晶(意大利船级社（中国）有限公司上海200052)[摘要]舵是船舶上一个非常重要的舾装件，在设计过程中一般仅对其结构进行规范计算，但要了解其在舵力作用下的变形和应力范围则需要进行有限元强度计算。同时，舵杆是舵结构中一个重要的组成部分，一般只要求其直径满足规范要求，文章针对舵杆和舵杆承座之间间隙随舵杆直径的变化进行了敏感性分析。[关键词]舵；舵杆；直接强度计算；敏感性分析[中图分类号]U661.43[文献标志码]A[文章编号]1001-9855(2015)05-0110-04R

2、udderstructuralstrengthandrudderstocksensitivityanalysisGUOLei(ItalyClassificationSociety(RINA),Shanghai200052,China)Abstract:Rudderisaveryimportantoutfittingpartonaship.Ingeneral,rulecalculationiscarriedouttowardstherudderstructureduringthedesignprocess.However,asfarastheth

3、edeformationandstressrangeundertherudderforceimpactisconcerned,theFEanalysisisrequiredforcalculation.Meanwhile,rudderstockisanotherimportantpartinrudderstructure,whosediametershouldsatisfytherulerequirement.Asensitivityanalysishasbeencarriedoutontheclearancebetweenrudderstoc

4、kandstockbearinginthispaper.Keywords:Rudder;Rudderstock;Directstrengthcalculation;Sensitivityanalysis弓

5、主30002400本文针对一条5万吨级的散货船的舵结构进行有限元分析计算，校核其强度。舵叶的外形如图1所示。此外，针对舵杆的刚度，对其进行敏感性分析，以检验舵杆直径对位移的影响，同时检验在舵力作用下，舵杆间隙是否在许用值之内。09

6、00垂向构件上的开口均建模，以查看其真实的应力图1舵叶外形图[收稿日期]2015-01-26;[修回日期]2015-03-23[作者简介]郭磊（1984-),男，硕士，工程师，研究方向：船舶结构审图及结构强度分析。110船舶舾装/疏浚/特机第5期总第156期水平。舵叶结构使用板单元建模，而其中的铸钢的自由度；在舵销与舵销承座连接处，约束其1、结构用体单元建模，舵杆和舵销均用梁单元建模。2方向的自由度。在舵杆和舵销与铸钢件连接处均用刚性元素与中心节点相连，模型如图2所示，图中白色的区域4校核衡准为体单元。舵叶结构强度的校核衡准如表1所示（RINA

7、Pt.BCh.10Sec.l，Table8)。表1舵叶结构校核衡准舵叶类型无开口有开口弯曲应力/MPa110/k75/k剪应力/MPa50/k50/k图2舵结构有限元模型相当应力/MPa120/k100/k舵杆从舵叶结构一直建模到与舵机连接处。本文研究的舵结构均采用普通钢作为材料。但是RINA规范中关于舵结构的许用应力是基2腐蚀増量和适用规范于规范计算，而不是基于有限元计算，而且随着网格的细化，应力水平会相应提高，再用表中的许用在模型中均采用建造厚度，即腐蚀增量未予应力值就不合适了。为此，考虑船级社的一般做法，扣除。将材料的屈服应力作为许用应力

8、，再根据规范考虑本文的分析满足意大利船级社规范Pt.BCh.10一定的安全系数。Sec.l中的规定。根据RINARulePt.BCh.7,得到安全系数&=1.1和'=1.02,故许用相当应力为：3模型参数、载荷和边界条件235/y5/ym=209MPa模型主要参数为：杨氏模量£=206000MPa，5舵叶结构直接强度分析泊松比a=0.3,材料密度p=7850kg/m3。根据意大利船级社规范，蛇力由以下公式计算本文利用MSC.Patran&Nastran作为计算工具，得到：X才舵的有限元模型进行了直接强度分析。应力云图CR=32nRAV2rir

9、2r3见下页图3、图4和图5。式中：^为航区系数，此船为无限航区，故取1.0;计算的应力结果如下页表2所示。d为舵叶的表面积；K为最大前进航速；r2、