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LPG船结构形式船体下水的强度分析

发布于:2016-09-25 19:07
强度分析

      某LPG船在建造过程中,为了下水后安装液罐的方便,在下水前,船体的中部货舱段不安装甲板和顶边水舱,致使船体中段的刚度和强度都明显削弱。显然,以往把船体作为刚体处理的下水计算方法此时已不适用。采用有限元分析方法,把船体模拟成支承在弹性基础上的弹性梁,应用接触单元的松弛模拟船体的下水进程,预报在滑行全过程中前支架反力和船体内力(弯矩、切力)的变化,可发现在弱结构形式下LPG船的下水强度明显不足。为此,大家经过数次调整下水方案,提出了在第3,4压载舱加压载水及在顶部进行适当加强的方案,并通过对该LPG船下水全过程中内力最大的瞬间(滑行距离为112.75m时)进行一个舱段的三维强度分析,发现在船体顶部靠近舱壁处有应力集中现象,因此提出了相应加强方案,以确保船体下水时的总纵强度和局部强度,最终经济、合理地解决了该类船下水强度不足的难题。
      把船体视为变截面(变刚度)的弹性梁,并用有限元的梁单元进行模拟。在初始时刻(未开始下水时),该船体梁从舶支架至娓支架由若干个弹性支座所支承,弹性支座系滑道对船体梁的支承。该支承可在墩木(墩木及下水横梁)位置直接设置,也可由弹性基础概念均匀设置。由物理概念可直接确定这些弹性支座具有只能承压而不能受拉的功能,称之为接触元。下水前,船体梁仅受沿船长分布的重力和滑道墩木的支座反力作用。下水过程中,当艇部入水后,船体梁沿入水部分还作用有分布的浮力。船体梁重力及其分布是始终不变的,而浮力和支座反力及其分布却随滑程而变化,而且支座的个数也会随着船体滑出船台滑道末端而不断变化。此时由于船体梁载重量分布和刚度分布的特点,船体梁可能会产生反弯曲现象,也即滑道上的部分船体梁会与滑道脱开,弹性支座对船体不起支承作用。
      在本计算中就发生反弯曲现象,所以大家用接触元描述支座的支承情况是十分合理、符合实际情况的。在应用有限元法计算时,大家把初始位置到船体全浮的下滑过程分成若干次计算。在每次计算中要判断有效的支座数,根据重力、浮力和支座反力相平衡的条件,确定实际平衡位形。正确计算每一滑程位置下船体梁的内力和应力分布、舷支架反力、浮力和浮力位置。从理论上讲,每一次滑程增量越小越好,但实际计算中也无此必要,一般取5-10个肋距即可。当接近娓浮或全浮时,应注意控制滑程增量,否则,可能会丢失船体梁应力峰值出现的时刻。在计算中也可得到舶支架在整个下水过程中的反力变化。作为船体梁在下水时的总纵强度分析,可计算得到在下水每一滑程位置时沿船体梁的垂向弯矩、切力和应力分布,同时还可给出在每一滑程位置时的舶支架反力。
      为了保证计算精度和滑程控制的灵活性,船体梁离散时将每一个肋位都取作一个节点,把整个船体离散成216个节点和215个梁单元的等效弹性变截面梁。图显示了船体下水前在船台上的位置和总体布置情况,其主要参数如下:前支架位置#186肋位处前支架至滑道末端距离202.3m,滑道末端水深滑道坡度3.0m0.05船体两柱间长L=147.0m。由于船体在下水时舱内液灌还未到位,因而甲板和顶边水舱都不能安装。这样,船体中部货舱段的剖面就显得很弱。试算表明,其下水强度无法保证。为此,进行多种下水方案的探讨,在尽可能简化建造工艺,缩短建造周期的前提下选定了下述下水方案:(1)在货舱段上部设置一纵通的箱形加强结构;(2)在第3,4两个压载舱内装满压载水。图给出了增设加强结构后的中部剖面。当船体下滑至昵部入水后,浮力逐步增加且浮心前移,浮力是根据船体浸水深度,按邦金曲线算得的。由于船体浸水部分随下水过程不断变化,计算浮力分布显得十分繁琐。在计算程序中专门编制了相关程序,自动算出每一滑程的浮力分布并化成等效节点力施加到船体梁上。


                                                                                  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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