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单底双舷内河货船横向强度有限元直接计算分析 龙源期刊网 作者：闫冬妮 来源：《科技创新导报》2011年第21期 摘 要:本文以具有代表性的内河57米单底双舷一般散货船为研究对象,针对该船舶舱口长度超出《钢质内河船舶建造规范(2009)》要求的问题,对船舶的横向强度进行有限元直接计算,计算结果表明,该船横向强度满足规范中对船舶结构应力的要求,为《规范》的修订及此类船舶的结构设计提供参考。 关键词:横向强度散货船规范有限元 中图分类号:U663.8 文献标识码:A 文章编号:1672-3791 (2010)7(c)-0114-02 1 引言 目前,随着我国经济建设及国内贸易发展的需要,内河航运业日趋发达,长江、运河等内河对40～60m的小型内河船舶需求量很大,长江沿岸如宁扬泰地区各船厂应市场需求正大量接受订单,仅扬州地区目前建造此类小型内河船舶就达1000艘以上。鉴于长江及京杭运河里运输货物的实际情况,船东主观上希望货舱开口尽可能长,这样可以扩大运输货物的范围,如钢材、建筑构件等较长的货物。使船舶的适运性大大增加,进而提高经济效益。但是由于此类船舶大都属小型船舶,船长本来就较小,如果按照规范要求设置双向横桁架,舱口长度必然受到较大影响,往往不能满足船东装运上述特殊货物的要求。因此,一些此类小型单底单舷内河货船的舱口长度超出了中国船级社《钢质内河船舶建造规范(2009)》[1](下简称09《规范》)的要求,其横向强度是否能够满足是一个船舶设计过程中亟待解决的问题。为了验证货舱舱口长度超出规范要求的船舶是否符合强度要求,需要运用有限元直接计算方法对该类船舶进行研究,以验证实际所取构件强度是否满足强度要求[2]。 2 有限元直接计算 2.1 主尺度及结构形式 本文选取一条按照09《规范》进行结构规范设计的船舶,船舶主要构件尺寸如板厚、型材大小等均满足规范要求,但货舱舱口长度超出规范要求。该船总长为57.00m,两柱间长为55.30m,型宽为10.50m,型深为3.80m,吃水为3.15m的内河典型货船作为研究对象。本船货舱与首尾区域均采用横骨架式结构,#23～#100处设置双壳结构,其余为单壳结构,单底。全船尾部、中部和首部肋距为500mm。 龙源期刊网 2.2 有限元模型 利用大型通用软件[3]MSC.Nastran进行船体结构强度有限元直接计算,据中国船级社09《规范》中关于 “船舶横向强度计算”的规定,本船有限元模型范围为船舶的#20～#103,之间位于 #23与#100处设置两道全通横舱壁。有限元模型如图1。 2.3 边界条件 在一舷的横舱壁与船底交线的端部节点上和实肋板端部节点上施加横向、垂向线位移约束,即;在另一舷的横舱壁与船底交线的端部节点上和实肋板端部节点上施加垂向线位移约束,即。在模型一端面所有节点上施加纵向、横向、垂向线位移约束,即;另一端面所有节点上施加横向、垂向线位移约束,即。 2.4 载荷施加 校核横向构件时有限元模型需要施加的载荷包括:舷外水压力、货物重量、结构自重。其货物重量选取最危险工况——满载出港。舱段整体载荷加载图如图2及图3所示。 3 计算结果 对船体中部舱段进行有限元计算,可得该舱段各个部位处的应力值,计算结果见图4-图6,根据09《规范》关于船舶直接计算许用应力的要求,对各构件许用应力与实际应力进行比较,比较结果列于表1中。 4 结论 经过有限元直接计算,可以看出,虽然该船舱口长度超出《钢质内河船舶船建造规范》(2009)对于舱口长度的限制要求,有限元直接计算结果表明该船各主要构件结构强度仍然满足,说明规范在这方面的规定偏于保守,有进一步修订的空间。在遇到类似“超规范”船舶,利用有限元进行直接计算是一种准确、科学的船体结构强度评估方法。 参考文献 [1] 中国船级社．钢质内河船舶建造规范[M].北京:人民交通出版社,2008. [2] 邱建新,梁耀志.横向强度对大舱口货船的影响[J].船舶,2008(4) [3] MSC.Corporation.MSC.Patran Manual．1999(1)．