摘 要：應(yīng)用DNV的GeniE 和SEASAM軟件對(duì)32000DWT散貨船貨艙段進(jìn)行計(jì)算分析，使其滿(mǎn)足散貨船結(jié)構(gòu)共同規(guī)范直接強(qiáng)度分析的要求。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)共同規(guī)范；散貨船；有限元計(jì)算

本船所有的居住艙室及駕駛室都布置在船艉，上建共5層。所有容積超過(guò)30m3 的油艙都設(shè)雙殼。全船設(shè)有5個(gè)貨艙，均為單殼雙底。貨倉(cāng)區(qū)肋骨間距為800 mm，雙底從機(jī)艙后壁延伸到首部防撞艙壁，雙底高度為1600mm。貨艙設(shè)計(jì)要求裝載散裝和包裝谷物、煤、鐵礦石、鋼卷和其它干貨，危險(xiǎn)品裝載則基于本船設(shè)備配置能力。壓載艙布置在艏部、艉尖艙和貨艙雙層底。頂部邊艙設(shè)左、右各2 個(gè)污水艙。雙層底從NO1到NO5 貨艙區(qū)域設(shè)中間管弄以便管系安裝。本船空船重量約8 500 t，全船鋼材用量約7 700 t，高強(qiáng)度鋼的比例約占55%。經(jīng)計(jì)算，本船總噸位不超過(guò)20 000，不需要滿(mǎn)足SOLAS PMA的要求。本船還要求裝運(yùn)木材，甲板面及艙蓋面需設(shè)置眼板和綁扎立柱。

本船第3艙兼做風(fēng)暴壓載艙，隔艙裝載時(shí)，第2和第4艙可作為空艙。CSR散貨船艙段有限元計(jì)算要求是算一個(gè)重貨艙（即第3艙）和一個(gè)輕貨艙（第2艙或者第4艙），其他同類(lèi)型的艙采用相同的構(gòu)件尺寸，特殊加強(qiáng)構(gòu)件和規(guī)范要求的加強(qiáng)區(qū)域除外[1] [2]，本文僅描述了第3艙的分析結(jié)果。

2 有限元模型

貨艙段結(jié)構(gòu)有限元模型是由第2、第3和第4三個(gè)貨艙組成，包括FR68～FR175所有船體結(jié)構(gòu)。本有限元計(jì)算是根據(jù)以下圖紙采用GeniE 和SEASAM軟件建立有限元模型進(jìn)行計(jì)算分析：

（1）基本結(jié)構(gòu)圖

（2）中橫剖面圖

（3）橫艙壁結(jié)構(gòu)圖

（4）外板展開(kāi)圖

有限元模型坐標(biāo)系設(shè)定如下：

（1）X方向?yàn)榇L(zhǎng)方向，并由船尾指向船首；

（2）Y方向?yàn)榇瑢挿较?，并由船中指向舷?cè)；

（3）Z方向?yàn)榇瓜蚍较颍⒂苫€向上。

有限元模型需要滿(mǎn)足以下要求：

（1）網(wǎng)格尺寸應(yīng)等于或小于所表示的縱骨間距或舷側(cè)肋骨間距；

（2）扶強(qiáng)材應(yīng)用桿單元或梁?jiǎn)卧＃?/p>

（3）主要支撐的腹板在高度方向應(yīng)最少劃分為3個(gè)單元。然而，對(duì)于底邊艙和頂邊艙里的橫向主要支撐構(gòu)件，若其高度小于普通縱向腐強(qiáng)材的間距，則沿高度方向分成2個(gè)單元是可以接受的；

（4）舷側(cè)外板肋骨的腹板和端部肘板用殼單元建模，面板用殼/梁/桿單元建模，腹板在高度上不需要再細(xì)劃；

（5）單元的長(zhǎng)寬比不超過(guò)4：1。

3 邊界條件

計(jì)算邊界條件，見(jiàn)表1、表2。

根據(jù)表1、表2，模型兩端設(shè)置簡(jiǎn)支約束，縱向結(jié)構(gòu)的端部節(jié)點(diǎn)剛性連接到中和軸上的獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，獨(dú)立節(jié)點(diǎn)設(shè)置固支約束。

4 載荷工況

根據(jù)常規(guī)的90米及以上船長(zhǎng)的散貨船結(jié)構(gòu)規(guī)范要求，由于所分析的貨艙段是貨艙和滿(mǎn)壓載艙組合，此加載情況參考規(guī)范[1]第四章表3中的直接強(qiáng)度計(jì)算分析標(biāo)準(zhǔn)。

5 許用應(yīng)力

直接強(qiáng)度分析根據(jù)規(guī)范[1]第三章第2節(jié)。

（1） 等效應(yīng)力

在有限元模型中的應(yīng)力值不超過(guò)235/k N/mm2，其中k為材料系數(shù)，見(jiàn)表3。

（2） 屈曲和極限強(qiáng)度安全系數(shù)

板材的屈曲和極限強(qiáng)度的安全系數(shù)，取為1.0。

6 計(jì)算結(jié)果

6.1 主要支撐構(gòu)件屈服強(qiáng)度

屈服強(qiáng)度評(píng)估的參考應(yīng)力，為有限元分析中得到的平面單元中心的Von Mises 的相當(dāng)應(yīng)力（即等效應(yīng)力）。經(jīng)計(jì)算分析，3艙段最高應(yīng)力值為307.9 MPa（如圖3所示）。

高應(yīng)力區(qū)主要有：

（1）主甲板個(gè)別板格的最高應(yīng)力值為307.9 MPa；

（2）雙層底肋板和桁材個(gè)別板格的最高應(yīng)力值為284.6 MPa；

（3）舷側(cè)外板最高應(yīng)力值為279.3 MPa，高應(yīng)力區(qū)主要在艙室端部；

（4）頂邊艙斜板和垂直板最高應(yīng)力值為278.4 MPa，高應(yīng)力區(qū)主要在與主甲板連接部位；

（5）縱艙壁最高應(yīng)力值為237.3 MPa，高應(yīng)力區(qū)主要在與主甲板連接部位；

（6）底邊艙斜板最高應(yīng)力值為263.5 MPa，高應(yīng)力區(qū)主要在艙室端部。

為控制空船重量，在這些高應(yīng)力區(qū)域，本船都采用高強(qiáng)度鋼以提高材料的屈服極限，使其滿(mǎn)足了規(guī)范規(guī)定的強(qiáng)度要求。

6.2 主要構(gòu)件的屈曲使用系數(shù)

經(jīng)計(jì)算本船最大的屈服使用系數(shù)為0.983，小于屈曲安全因子，滿(mǎn)足規(guī)范屈曲強(qiáng)度要求。

7 結(jié) 語(yǔ)

本文利用GeniE 和 SEASAM軟件進(jìn)行有限元計(jì)算分析，通過(guò)以上分析可以得出本船的強(qiáng)度滿(mǎn)足CSR的要求。

本船的有限元計(jì)算結(jié)果已經(jīng)通過(guò)DNV的認(rèn)可，并根據(jù)有限元的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使本船在滿(mǎn)足規(guī)范要求的前提下盡可能的減少結(jié)構(gòu)重量；對(duì)最小板厚進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定，本船在滿(mǎn)足規(guī)范和計(jì)算的前提下，盡可能的采用最小板厚以減輕結(jié)構(gòu)重量；對(duì)舷側(cè)肋骨及其上下肘板的要求有所增加；對(duì)雙層底內(nèi)實(shí)肋板和縱桁的抗剪切要求有所增加。CSR09新規(guī)范對(duì)散貨船的特殊要求：卷鋼裝載增加了線載和加速度的內(nèi)容，直接導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)重量以及高強(qiáng)度鋼比例的增加。按照新規(guī)范計(jì)算后內(nèi)底需要25AH36，其中一艙因加速度增加需要26DH36，而母型船同樣的裝載內(nèi)底只需要23mm普通鋼。

參考文獻(xiàn)

[1] IACS CSR， 國(guó)際船級(jí)社聯(lián)合協(xié)會(huì)共同規(guī)范， 2009

[2] DNV RULES， 2009年1月