朱顯玲　張遠(yuǎn)雙

(武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢　430050)

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某雙體船連接橋抨擊強(qiáng)度的校核

朱顯玲張遠(yuǎn)雙

(武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢430050)

摘要圍繞連接橋的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，對(duì)雙體船連接橋進(jìn)行抨擊校核，使用有限元方法，以實(shí)例的形式對(duì)沿海雙體船連接橋抨擊計(jì)算進(jìn)行描述，對(duì)于連接橋的設(shè)計(jì)和建造提供理論支持。

關(guān)鍵詞雙體船；連接橋；抨擊強(qiáng)度；有限元

雙體船的連接橋作為左右片體的連接設(shè)備其強(qiáng)度是至關(guān)重要的，本文就某雙體船連接橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算邊界條件及要求均符合相關(guān)規(guī)范要求。本船航行于遮蔽航區(qū)。其片體結(jié)構(gòu)(作單體考慮)，連接橋部分系參照《沿海小船建造規(guī)范》(2005)對(duì)鋼質(zhì)高速船的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，故本計(jì)算利用大型有限元軟件MSC.PATRAN對(duì)連接橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模計(jì)算及分析，以保證其砰擊強(qiáng)度。

1主要尺度

總長LOA21.90 m

水線長LWL20.40 m

計(jì)算船長L18.90 m

型寬B7.50 m

片體寬b2.50 m

型深D3.30 m

結(jié)構(gòu)吃水d1.70 m

肋距s0.45 m

2材料與結(jié)構(gòu)

連接橋結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸及材料如表1。

表1　構(gòu)件的的R報(bào)材料

3有限元模型

3.1型的建立

對(duì)全船的連接橋構(gòu)件建立三維板梁模型，模型中甲板采用Shell單元模擬，甲板縱桁、甲板強(qiáng)橫梁及甲板橫梁采用Bar單元模擬，計(jì)算模型的坐標(biāo)系統(tǒng)原點(diǎn)O位于Fr0甲板板中線處，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，有限元模型如圖1所示。

圖1　有限元模型

3.2邊界條件

由于學(xué)生之間存在差異性和多樣性，在學(xué)習(xí)過程中，每個(gè)學(xué)生具有其特有的意義構(gòu)建過程。所以，教師不僅要對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行管理，更重要的是必須對(duì)不同學(xué)生進(jìn)行不同的學(xué)習(xí)引導(dǎo)，啟發(fā)每位學(xué)生的創(chuàng)新思維。作為學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者，教師在執(zhí)行角色時(shí)的行為特征表現(xiàn)在：在審閱每位學(xué)生介紹材料的基礎(chǔ)上，提出問題，組織學(xué)生進(jìn)行思考和討論，在討論中引導(dǎo)學(xué)生，啟發(fā)誘導(dǎo)他們自己去發(fā)現(xiàn)規(guī)律，同時(shí)對(duì)自身錯(cuò)誤或片面的認(rèn)識(shí)進(jìn)行糾正或補(bǔ)充，從而加深學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解；盡量給每位學(xué)生同等參與討論的機(jī)會(huì)，經(jīng)常了解學(xué)生的意見，隨時(shí)修正自己在期望值上的偏差。最重要的是，相信每位學(xué)生都有學(xué)習(xí)的潛力，給每位學(xué)生創(chuàng)新的機(jī)會(huì)，引導(dǎo)學(xué)生不斷地向目標(biāo)邁進(jìn)。

在連接橋的橫向邊界(兩片體內(nèi)舷處)上的所有節(jié)點(diǎn)上施加全位移約束：Ux = 0、Uy= 0 、Uz= 0、θx= 0 、θy= 0、θz = 0，前后端面上的節(jié)點(diǎn)(船長方向)不施加任何約束。有限元模型上施加的邊界條件見圖2所示。

圖2　邊界條件

3.3載荷的施加

連接橋甲板的底部承受均布砰擊壓力載荷，有限元模型上的施加如圖3所示。本模型取值見圖3，(按《海上高速船入級(jí)與建造規(guī)范》(2005))相關(guān)計(jì)算進(jìn)行計(jì)算。

圖3 　連接橋壓力施加圖

按照《海上高速船入級(jí)與建造規(guī)范》“連接橋底”系指各類雙體船的兩個(gè)片體在水面以上的連接橋結(jié)構(gòu)的下表面。對(duì)于全墊升氣墊船和水翼船系指已脫離水面的船底。以上幾類船在波浪中高速航行時(shí)，這部分結(jié)構(gòu)將受到波浪沖擊力的作用。

上文所述的沖擊壓力Psl2 可按船模試驗(yàn)或?qū)嵈瑴y(cè)試所得數(shù)據(jù)確定，如無試驗(yàn)資料，則由下式確定，不得小于按(1)式算得的舷側(cè)計(jì)算壓力。

(1)

式中： Kl2——縱向壓力分布系數(shù)，應(yīng)按以下規(guī)定計(jì)?。?/p>

船尾至船中區(qū)域：Kl2=1.3

船首至船首之后L/3 區(qū)域：

水面效應(yīng)船、全墊升氣墊船，取Kl2=2.1

水翼船，取Kl2=1.3

本船為常規(guī)雙體船，取2.6；

船中至舯前L/6 區(qū)域：Kl2 按線性內(nèi)插法取值。

A——受力點(diǎn)計(jì)算面積，m2

C——系數(shù)，按下式計(jì)算：

C= 0.066 - 0.000175L

Htx——正常航行時(shí)，連接橋底壓力計(jì)算點(diǎn)距水面的垂向高度，m，取Htxmax=C*L。

根據(jù)上列公式計(jì)算出本船各區(qū)域的沖擊壓力見表2

表2　本船各區(qū)域沖擊壓力

3.4應(yīng)力云圖

連接橋甲板中面應(yīng)力云圖、連接橋甲板縱桁軸向應(yīng)力云圖、連接橋甲板強(qiáng)橫梁軸向應(yīng)力云圖、連接橋甲板橫梁軸向應(yīng)力云圖、連接橋甲板剪應(yīng)力云圖分別如圖4、圖5、圖6、圖7和圖8所示。

圖4　連接橋甲板中面應(yīng)力云圖

圖5　連接橋甲板縱桁軸向應(yīng)力云圖

圖6　連接橋甲板強(qiáng)橫梁軸向應(yīng)力云圖

圖7　連接橋甲板橫梁軸向應(yīng)力云圖

圖8　連接橋甲板剪應(yīng)力云圖

4許用應(yīng)力

根據(jù)《沿海小船建造規(guī)范》(2005)

許用彎曲應(yīng)力：[σ] = 0.67σs = 157.45 N/mm2

許用剪切應(yīng)力：[τ] = 0.38σs = 89.3 N/mm2

其中：σs 為材料屈服強(qiáng)度，N/mm2，本計(jì)算結(jié)構(gòu)取為235 N/mm2。

5計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果規(guī)表3, 根據(jù)計(jì)算本船連接橋的砰擊強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。

表3　各結(jié)構(gòu)構(gòu)件最大應(yīng)力值(單位：N/mm2)

參考文獻(xiàn)

1中國船級(jí)社.沿海小船入級(jí)與建造規(guī)范[M].人民交通出版社，2005

(責(zé)任編輯：譚銀元)

Slamming Strength Evaluation of Catamaran Cross Deck

ZHU Xian-ling,ZHANG Yuan-shuang

(Wuhan Institute of Shipbuilding Technology, Wuhan 430050，China)

Abstract:According to the structure strength of catamaran cross deck, the slamming strength of catamaran cross deck is evaluated by FEM analyzing. Taking some inshore catamaran cross deck for example, the essay describes the whole evaluation program and method, which will provide theory reference for the designing and building of cross deck.

Key words:catamaran;cross deck;slamming strength;FEM

作者簡介：朱顯玲 ，女，高級(jí)工程師，主要從事船舶設(shè)計(jì)和制造方面的教學(xué)和科研工作。

收稿日期：2014-11-12

中圖分類號(hào)U674.951

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

文章編號(hào)1671-8100(2015)02-0019-03