魏 斌 孟 巧 劉 翔

(紫瑯職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇南通 226002)

艙口蓋是船舶上的重要組成部分之一,是貨艙甲板開(kāi)口的關(guān)閉裝置,它肩負(fù)著密封艙口,保護(hù)貨物和支撐平臺(tái)的作用。隨著艙口蓋越來(lái)越受到船級(jí)社、船廠和船東的高度重視,因此艙口蓋的振動(dòng)計(jì)算具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。筆者通過(guò)對(duì)某散貨船艙口蓋進(jìn)行有限元振動(dòng)計(jì)算分析,并提出了有效可行的改進(jìn)措施,保證了艙口蓋的穩(wěn)定性要求。

1 有限元模型的建立

利用的解算器是M SC.Nastran對(duì)該艙口蓋三維有限元模型進(jìn)行自由振動(dòng)分析

本文采用艙口蓋板梁有限元模型,用板、梁和質(zhì)量單元構(gòu)建一個(gè)接近于真實(shí)艙口蓋的有限元模型,采用有限元分析軟件MSC.Nastran對(duì)改艙口蓋進(jìn)行解算,分析其自由振動(dòng)的結(jié)果。

不同建模方法結(jié)果對(duì)比:

邊界條件:四邊固支;

梁的布置方向:根據(jù)圖紙上的要求建立相應(yīng)的縱向、橫向骨材和桁材;

模型坐標(biāo)系:X軸指向船首,Y軸指向右舷,Z軸向上;

參數(shù)設(shè)置:彈性模量:210000 MPa,泊松比:0.3,密度:7.85×10-9t/mm2

2 結(jié)果分析

經(jīng)MSC大型有限元軟件中的解算器MSC.Nastran計(jì)算,得到該艙口蓋的自由振動(dòng)應(yīng)力圖,見(jiàn)圖1、圖2。

較粗網(wǎng)格:板的網(wǎng)格劃分為:32×11;

較細(xì)網(wǎng)格:板的網(wǎng)格劃分為:128×44;

圖1 較粗網(wǎng)格建模

圖2 較細(xì)網(wǎng)格建模

圖3-圖6給出了艙口蓋振動(dòng)振型圖(左圖為較粗網(wǎng)格,右圖為較細(xì)網(wǎng)格,選取了首階、三階、七階和十階),表1給出了前十階的振動(dòng)頻率:

圖3 首階振型圖

圖4 三階振型圖

圖5 七階振型圖

圖6 十階振型圖

表1 振動(dòng)頻率

從圖3-圖6及分析結(jié)果可以看出,對(duì)于同一模型來(lái)說(shuō),前幾階大多是整體模態(tài),后面逐漸轉(zhuǎn)為局部模態(tài)。由于頂板之下各個(gè)骨材之間存在距離,因此,后面產(chǎn)生的振動(dòng)主要體現(xiàn)在各個(gè)骨架之間。在振動(dòng)劇烈部分,由于約束力不夠,導(dǎo)致自由因素太多,容易產(chǎn)生振動(dòng)。因此在振動(dòng)越劇烈處就越容易變形或損壞。

3 討 論

通常情況下,結(jié)構(gòu)單元?jiǎng)澐值迷郊?xì)其求解的精度也越高。對(duì)比網(wǎng)格劃分不同時(shí)的結(jié)果,可以看出,網(wǎng)格比較粗的時(shí)候,其首階頻率為24.74 rad/s,網(wǎng)格劃分比較細(xì)的時(shí)候,其首階頻率為22.906 rad/s,以此類推,不同網(wǎng)格劃分,同一階振型下,其軟件所體現(xiàn)出來(lái)的頻率是不同的,因此結(jié)構(gòu)單元網(wǎng)格劃分將影響振動(dòng)數(shù)據(jù)的分布。同時(shí)考慮到工作量以及計(jì)算機(jī)的運(yùn)行能力,由于網(wǎng)格劃分不能無(wú)限地小,因此在建模時(shí),應(yīng)該采用怎樣的建模方式,如網(wǎng)格劃分的粗細(xì),在實(shí)際運(yùn)用中,在條件允許的情況下,結(jié)果才能更真實(shí)地體現(xiàn)出實(shí)際船舶構(gòu)件振動(dòng)時(shí)的情況,這需要充分考慮各種不同的工況、邊界條件等才能得到。

4 結(jié) 語(yǔ)

在工程實(shí)際問(wèn)題分析計(jì)算中,特別是大規(guī)模的分析計(jì)算,應(yīng)根據(jù)計(jì)算的要求和目的合理地確定網(wǎng)格密度和模型邊界約束條件,建立合理的有限元模型,從而合理地利用計(jì)算機(jī)資源,提高工作效率,達(dá)到工程應(yīng)用的目的。

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