高茂進(jìn),吳 介
(1.連云港市地方海事局, 江蘇 連云港 222004;2.江蘇科技大學(xué), 江蘇 鎮(zhèn)江 212003)
108 m甲板貨船總縱強(qiáng)度直接計(jì)算分析
高茂進(jìn)1,吳 介2
(1.連云港市地方海事局, 江蘇 連云港 222004;2.江蘇科技大學(xué), 江蘇 鎮(zhèn)江 212003)
以108 m甲板貨船為研究對象,使用Maxsurf 軟件進(jìn)行靜水彎矩、靜水剪力計(jì)算,采用挪威船級社SESAM軟件,基于三維線性切片理論對船體的波浪彎矩與波浪切力進(jìn)行預(yù)報(bào),參照《國內(nèi)航行海船建造規(guī)范》(2012)對該甲板貨船進(jìn)行總縱強(qiáng)度校核。計(jì)算結(jié)果表明,該甲板貨船總縱彎曲強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度與屈曲強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求,校核過程對同類型船舶的總縱強(qiáng)度校核具有一定的參考意義。
甲板貨船;總縱強(qiáng)度;波浪載荷預(yù)報(bào)
甲板貨船由于具有行動(dòng)相對靈活,便于裝卸,利用率高等特點(diǎn),在沿海運(yùn)輸中得到了較為廣泛的應(yīng)用。甲板貨船在甲板上放置貨物,故無需設(shè)置貨艙,同時(shí)還能獲得較大的載重量。但較大的載貨甲板通常導(dǎo)致甲板貨船比常規(guī)船寬,不滿足中國船級社《國內(nèi)航行海船建造規(guī)范》(2012)中L/B>5,B/D≤2.5的條件,該類船舶屬于超肥大淺吃水型超規(guī)范船舶,其強(qiáng)度需要直接計(jì)算[1~3]。
對于L≥65 m的船舶應(yīng)按規(guī)范對其總縱強(qiáng)度進(jìn)行校核。108 m甲板貨船尺度比為L/B=4.02<5,B/D=3.79>2.5,不滿足中國船級社《國內(nèi)航行海船建造規(guī)范》(2012)的適用條件,故需要對其總縱強(qiáng)度進(jìn)行直接計(jì)算分析,并提交審批。本船總縱強(qiáng)度校核所需靜水彎矩與剪力采用澳大利亞的Maxsurf 軟件計(jì)算,波浪彎矩與剪力采用挪威船級社(DNV)的SESAM軟件進(jìn)行計(jì)算。文中,L為船長,B為船寬,D為型深。
108 m甲板貨船主要尺度為:總長108.0 m,水線長103.0 m,垂線間長100.6 m,型寬25.0 m,型深6.6 m,設(shè)計(jì)吃水4.9 m,肋距0.6 m,航區(qū)近海。5種計(jì)算工況分別為:滿載出港、滿載到港、壓載出港、壓載到港、滿載結(jié)冰出港。
108 m甲板貨船總布置圖如圖1所示。
圖1 108 m甲板貨船總布置圖
各工況下的船舶靜水彎矩和剪力使用Maxsurf軟件計(jì)算。首先根據(jù)此甲板貨船型線圖使用MaxsurfPro模塊進(jìn)行船體建模,再根據(jù)穩(wěn)性計(jì)算書所得數(shù)據(jù)使用HydromaxPro模塊對各工況進(jìn)行分別計(jì)算, 所得最大靜水彎矩和剪力絕對值包絡(luò)線圖分別如圖2和圖3所示。
本船波浪載荷直接預(yù)報(bào)使用挪威船級社的SESAM軟件完成。采用前處理器Patran-Pre完成水動(dòng)力計(jì)算所需要的船體濕表面網(wǎng)格和各工況下的質(zhì)量棒分布模型,再使用WADAM與 POSTRESP模塊分別完成船體波浪動(dòng)壓力的計(jì)算與波浪誘導(dǎo)載荷的長短期預(yù)報(bào)。Patran-Pre所畫船體濕表面網(wǎng)格模型如圖4所示。
圖2 最大靜水彎矩絕對值包絡(luò)線圖
圖3 最大靜水剪力絕對值包絡(luò)線圖
圖4 Patran-pre中船體濕表面網(wǎng)格模型
本計(jì)算采用的單位量綱為:N·m。坐標(biāo)系統(tǒng)采用右手坐標(biāo)系,X軸向船首為正方向,Y軸向左舷為正方向,Z軸向上為正方向,原點(diǎn)位于各工況下基線與船舶重心垂向位置交點(diǎn)處。采用三維線性切片理論與IACS建議波浪資料進(jìn)行波浪彎矩計(jì)算,航速取為0 kn。水動(dòng)力計(jì)算時(shí)波浪載荷設(shè)計(jì)計(jì)算值取10-8概率水平(代表設(shè)計(jì)壽命為20 a)。通過SESAM計(jì)算可得,波浪垂直彎矩最大值位于船中處,波浪垂直切力最大值位于艏艉1/4船長處。本船最大波浪垂直彎矩與垂直剪力計(jì)算結(jié)果列于表1、表2。
表1 最大波浪垂直彎矩計(jì)算值
表2 最大波浪垂直剪力計(jì)算值
4.1 船體彎曲強(qiáng)度校核
根據(jù)結(jié)構(gòu)橫剖面圖,經(jīng)計(jì)算舯剖面結(jié)構(gòu)型心高為3.875 m,垂向慣性矩為12.468 m4,甲板剖面模數(shù)4.576 m3,船底剖面模數(shù)3.217 m3,許用彎曲應(yīng)力為175 MPa。靜水彎矩和波浪彎矩的組合最大值出現(xiàn)在滿載到港工況,數(shù)值為425 198 kN·m,則船體梁最大應(yīng)力在船底,其數(shù)值為132.17 MPa,小于許用應(yīng)力175 MPa,因此,彎曲強(qiáng)度滿足《國內(nèi)航行海船建造規(guī)范》(2012)的要求。
4.2 船體剪切強(qiáng)度校核
綜合各計(jì)算工況,靜矩為2.5 cm3,最大合成剪力為15 639.00 kN;計(jì)算橫剖面對水平中和軸的慣性距為12.467 cm4,舷側(cè)外板和艙壁總厚為54 mm。最大舷側(cè)外板和艙壁的剪切應(yīng)力為47.61 MPa,小于許用剪切應(yīng)力110 MPa,因此,剪切強(qiáng)度滿足《國內(nèi)航行海船建造規(guī)范》(2012)的要求。
4.3 船體屈曲強(qiáng)度校核
根據(jù)《國內(nèi)航行海船建造規(guī)范》(2012)規(guī)定,船長大于90 m的船舶,受船體梁彎曲和剪切應(yīng)力的格板及縱向構(gòu)件還應(yīng)按規(guī)范進(jìn)行屈曲強(qiáng)度校核。分別計(jì)算格板和縱骨的工作壓應(yīng)力、理想彈性屈曲應(yīng)力、臨界屈曲應(yīng)力,最后比較是否滿足規(guī)范。經(jīng)計(jì)算,船體屈曲強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。
(1)通過直接計(jì)算得出:本船的彎曲強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度和屈曲強(qiáng)度均滿足《國內(nèi)航行海船建造規(guī)范》(2012)的要求。
(2)通過SESAM計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),波浪垂向彎矩的最大值一般位于船中處,波浪垂向剪力的最大值一般位于離艏艉1/4 船長處。
(3)本文直接計(jì)算所得結(jié)果滿足工程應(yīng)用要求,對于同類型不滿足規(guī)范條件的船舶可參考此方法進(jìn)行總縱強(qiáng)度校核。
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2013-09-02
高茂進(jìn)(1967-),男,高級工程師,主要從事船舶檢驗(yàn)工作;吳介(1991-),男,碩士研究生,研究方向?yàn)楹Q蠼Y(jié)構(gòu)物水動(dòng)力分析。
U661.43
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