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超大型矿砂船舱口盖的强度分析

发布于:2016-09-07 20:30
强度分析

      近些年来,随着中国对于铁矿石需求的不断迅速增长,专用铁矿石运输的超大型矿砂船也随之有了建造需求。继巴西淡水河谷企业在亚洲船厂建造了几十艘VALEMAX 40万吨矿砂船,组建运营团队以求降低成本,一些矿运集团和航运企业也积极跟进,先后国内多家船厂签订了超大型矿砂船建造合同。
      超大型矿砂船结构形式和载荷工况与散货船基本类似。本研究将针对国际船级社协会(IACS)《船舶结构强度分析》统一要求第21条(URS21)规定的舱口盖载荷不同的施加方式进行结果对比,并校核舱口围下方的横向大肘板的局部强度结构型式货舱中的典型横向强框结构。
      船体结构中的刚架都是由横梁、肋骨与肋板组成的肋骨刚架。刚架中杆件的相交点做刚架的节点,如果刚架中节点汇交的杆件只有两根,则称作简单刚架。根据超大型矿砂船典型横向强框特点,在舱口盖载荷下,舱口围下横向的大肘板可视为一根悬臂梁,那么此大肘板的端部为分析的关键点。
      根据矿砂船的受力情况,近似模拟成图所示刚架。为处理方便,对施加的载荷进行了简化。舱口盖载荷和甲板上浪载荷模拟,纵舱壁与外板间模拟为一根垂直梁,舷侧海水载荷模拟为Qz,双层底模拟成下部水平梁,装重货货物载荷和海水载荷的合力模拟。
      根据结构力学中所述的静不定结构的解析法,可以将静不定结构分散为单跨梁,中间支座断面切开后,断面上出现了弯矩,反映了原来相连的两段梁在支座断面中力的相互作用。
      由于结构载荷的对称性,此处Mz=M3,于是在节点1和节点2分别列出转角连续方程,从上面两个解可以得出结论,弯矩M都是增大,也就是在校核舱口围下方横向大肘板时,均匀装载重货满载吃水的工况载荷与舱口盖载荷一起作用时为最恶劣工况。
单独考虑舱口围下面的横向大肘板,针对其端当受载杆与不受载杆相连时,不受载杆就相当于受载杆的弹性固定端。把受载杆与不受载杆在相交处切开并加上相互作用的弯矩M,计算无载杆M作用处的转角e刀与M的比值就是柔性系数经解析法可以得到柔性系数a介于L/ ( 3E1)与L/(4E1)之间。柔性系数的数值主要取决于无载杆的杆长与断面惯性矩,而与无载杆端点的固定情况关系不大。
      由上述的分析结果可以得出,此大肘板背面构件刚度越大,大肘板端部的弯矩值就越大,应力水平也相应越大。
      计算模型取为整个舱段计算模型。该船的纵向模型范围为1/2+1+1+1/2舱的3货舱长度的舱段模型,横向范围取全宽模型,垂向范围为船体型深,有限元计算模型见图。
      模型前后端部施加对称约束边界,并在模型外底板取3点约束Y向刚体位移。在舷侧和横舱壁相交的垂线上施加垂向接地弹簧单元来对模型进行垂向支撑。
      根据IACS规定的船舶结构强度中S21,舱口盖上的载荷按式计算。根据IACS规定的船舶结构强度中S21里面规定,舱口围板强度的评估衡准为材料的屈服应力。对于舱口围下面的横向大肘板强度也按这个来进行校核。
      屈曲强度校核,基于平均压应力,梯度1,单向屈曲许用系数为0.8,双轴向合成屈曲许用系数对应10,概率为0.85。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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