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        基于有限元模型的艙口蓋設(shè)計(jì)案例分析

        2015-10-21 19:10:29奚榕
        科技與企業(yè) 2015年14期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì)參數(shù)有限元模型設(shè)計(jì)

        奚榕

        【摘要】本文結(jié)合8000DWT多用途集裝箱船艙口蓋的設(shè)計(jì)案例,通過(guò)建立有限元模型,設(shè)定邊界約束條件,對(duì)艙口蓋蓋板的臨界屈曲應(yīng)力、普通骨材的帶板屈曲應(yīng)力、主要支撐構(gòu)件腹板屈曲應(yīng)力、許用橈度等重要設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了精確計(jì)算,利用有限元模型進(jìn)行分析,最終,論證了本船的艙口蓋的設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求。

        【關(guān)鍵詞】有限元模型;艙口蓋;設(shè)計(jì);屈曲應(yīng)力;設(shè)計(jì)參數(shù);許用橈度

        引言

        有限元分析模型通過(guò)利用數(shù)學(xué)近似的方法模擬集裝箱船艙口蓋的物理系統(tǒng)。還利用簡(jiǎn)單而又相互作用的元素,例如艙口蓋蓋板的臨界屈曲應(yīng)力、普通骨材的帶板屈曲應(yīng)力、主要支撐構(gòu)件腹板屈曲應(yīng)力、許用橈度等,通過(guò)有限數(shù)量的未知量模擬無(wú)限未知量的真實(shí)系統(tǒng),具有較高的逼真性。本文將對(duì)基于有限元模型的艙口蓋的設(shè)計(jì)展開(kāi)具體探討與論述。

        1、艙口蓋概況

        本套艙口蓋適用于8000DWT多用途集裝箱船。Lbp=112.8m,D =8.20m,航速=12.2kn。本艙口蓋的結(jié)構(gòu)形式采用了縱橫結(jié)構(gòu)形式,短橫梁承受的負(fù)荷,傳遞到強(qiáng)縱桁上,強(qiáng)縱桁再通過(guò)強(qiáng)橫梁傳遞到兩端的支承,最后將力傳遞到甲板艙口圍上。艙口蓋四周設(shè)置快速壓緊器,把艙口蓋系固在艙口圍上,并設(shè)置橫向和縱向掣檔塊,防止艙口蓋移動(dòng)。艙口蓋與艙口圍之間采用密封橡皮保證水密,艙口蓋與艙口蓋間采用橡皮與不銹鋼壓條保證其水密,并設(shè)有流水槽進(jìn)一步確保水密。

        2、有限元模型

        本次計(jì)算是基于凈厚度的有限元計(jì)算方法,見(jiàn)圖1中的NO.1(NO.2艙同NO.1艙),NO.3艙模型。艙口蓋的外板、桁材按普通骨材間距劃分為四邊形板單元,角鋼型材和縱桁面板作為梁?jiǎn)卧?,?qiáng)骨材(縱桁及強(qiáng)橫梁)面板簡(jiǎn)化為平板梁?jiǎn)卧?/p>

        3、屈曲應(yīng)力計(jì)算

        3.1艙口蓋蓋板的臨界屈曲應(yīng)力計(jì)算

        (1)對(duì)于平行于扶強(qiáng)材方向的主要支撐構(gòu)件彎曲引起的艙口蓋蓋板的壓應(yīng)力σ,應(yīng)不超過(guò)臨界屈曲應(yīng)力σc1的0.8倍,σc1應(yīng)按照下式計(jì)算:

        (2)對(duì)于垂直于扶強(qiáng)材方向的主要支撐構(gòu)件彎曲引起的艙口蓋蓋板的平均壓應(yīng)力σ,應(yīng)不超過(guò)臨界屈曲應(yīng)力σc2的0.8倍,σc2應(yīng)按照下式計(jì)算:

        3.2普通骨材帶板的屈曲應(yīng)力計(jì)算

        對(duì)于平行于扶強(qiáng)材方向的主要支撐構(gòu)件彎曲引起的艙口蓋扶強(qiáng)材的帶板正應(yīng)力σ,應(yīng)不超過(guò)臨界屈曲應(yīng)力σcs的0.8倍,σcs應(yīng)按照下式計(jì)算:

        3.3主要支撐構(gòu)件腹板屈曲應(yīng)力計(jì)算

        主要支撐構(gòu)件腹板板格的剪切應(yīng)力τ應(yīng)不超過(guò)臨界屈曲應(yīng)力τc的0.8倍,τc應(yīng)按下列公式計(jì)算:

        3.4許用橈度

        (1)承受波浪載荷的主要支撐構(gòu)件的垂向位移應(yīng)不大于μlmax。其中:(P1-1~P1-8)最大跨距為15.380m,μ為0.0028,許用橈度為43mm;(P3-1~P3-8)最大跨距為15.380m,μ為0.0028,許用橈度為43mm。

        (2)承受集裝箱載荷的主要支撐構(gòu)件的垂向位移應(yīng)不大于μlmax。其中:(P1-1~P1-8)最大跨距為15.380m,μ為0.0035,許用橈度為54mm;(P3-1~P3-8)最大跨距為15.380m,μ為0.0035,許用橈度為54mm。

        4、有限元分析

        5、結(jié)論

        本次艙口蓋的設(shè)計(jì)中,在用規(guī)范公式直接進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)為了滿足橈度的要求,只能普遍增加蓋板下的骨架以增強(qiáng)剛性,結(jié)果導(dǎo)致結(jié)構(gòu)尺寸和重量都很大。原因在于規(guī)范公式的出發(fā)點(diǎn)是每根構(gòu)件“單獨(dú)”變形,進(jìn)行了偏于安全的簡(jiǎn)化。事實(shí)上縱橫交錯(cuò)的骨架和板材相互支撐,存在優(yōu)化的空間。本文借助有限元分析工具,進(jìn)行重點(diǎn)區(qū)域的針對(duì)性加強(qiáng),與不加區(qū)分地增加構(gòu)件尺寸相比,這種措施達(dá)到了既滿足強(qiáng)度和變形要求,又減輕結(jié)構(gòu)重量的滿意效果。最終,本船的艙口蓋的設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求。

        參考文獻(xiàn)

        [1]邵天駿.艙口蓋參數(shù)化建模程序設(shè)計(jì)[J].世界海運(yùn),2011(02)

        [2]某型援潛救生船的月池艙口蓋設(shè)計(jì)[J].水運(yùn)工程,2012(05)

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