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        極地破冰船系力柱試驗(yàn)加強(qiáng)研究

        2018-09-26 11:11:22王曙光徐施紅
        山東工業(yè)技術(shù) 2018年16期

        王曙光 徐施紅

        摘 要:隨著未來極地科考的發(fā)展,極地科考船必將成為一個(gè)重要船型。本文從系力柱試驗(yàn)加強(qiáng)設(shè)置角度,通過簡化結(jié)構(gòu),通過有限元計(jì)算驗(yàn)證加強(qiáng)的可行性。

        關(guān)鍵詞:系力柱試驗(yàn);簡化分析;極地自破冰

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.043

        1 研究背景

        目前,在我國極地科學(xué)考察一船四站基礎(chǔ)設(shè)施體系中,雪龍船是核心的運(yùn)輸工具,該船已經(jīng)處于超負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn),難以兼顧和保障亟待加強(qiáng)的兩極地區(qū)海洋環(huán)境和資源調(diào)查的需求。

        2 研究目的及意義

        根據(jù)破冰船螺旋槳系柱工況初步估算,在零航速時(shí)破冰船首向拉力約1640kN,尾向拉力約1370kN。要確保達(dá)到該指標(biāo),就牽涉到系柱的強(qiáng)度、船體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

        3 系力柱加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        3.1 系柱理論設(shè)計(jì)

        破冰船系柱艏向最大拉力達(dá)到1640kN,參考目前的拖樁沒有如此大規(guī)格,故需要對(duì)系柱進(jìn)行全新設(shè)計(jì)。本課題參照《ISO13797-2012(E)十字帶攬樁》標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)型式,對(duì)系柱進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),如圖1所示。

        3.2 系柱連接船體結(jié)構(gòu)范圍選擇

        考慮到實(shí)船試驗(yàn)系柱連接的船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求。參考CCS規(guī)范中的選取原則,選擇系柱基座有效作用平面矩形形心為中心,向四周分別擴(kuò)展至少一倍。

        3.3 邊界條件選擇

        試驗(yàn)結(jié)構(gòu)四周分別為連續(xù)的結(jié)構(gòu),對(duì)分離出的子結(jié)構(gòu)有一定的約束作用。根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)方法對(duì)模型的簡化計(jì)算的原理,此處的邊界條件選擇簡支。

        3.4 船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核

        系柱拉力使用MPC點(diǎn)加載模擬。模型中共有單元1721個(gè),節(jié)點(diǎn)2275個(gè), 經(jīng)過計(jì)算,甲板部位結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力出現(xiàn)在系柱與船體結(jié)構(gòu)連接的四周區(qū)域,最大應(yīng)力108MPa,結(jié)構(gòu)選用屈服強(qiáng)度為355MPa的高強(qiáng)度鋼,滿足強(qiáng)度要求。

        加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力也出現(xiàn)在與系柱連接的附近區(qū)域,最大應(yīng)力173MPa,加強(qiáng)結(jié)構(gòu)選用屈服強(qiáng)度為355MPa的高強(qiáng)度鋼,滿足強(qiáng)度要求。

        3.5 試驗(yàn)過程

        為模擬實(shí)船系柱拖力試驗(yàn)過程,試驗(yàn)加載方案參考CB-T 3430-2013《拖船系柱拖力試驗(yàn)方法》。

        首先將拉力機(jī)拉力逐步調(diào)整到861kN,然后在45s內(nèi)將拉力機(jī)拉力調(diào)整到試驗(yàn)要求最大拉力1640kN,在最大拉力狀態(tài)下至少保持10min。

        試驗(yàn)過程中采集并記錄載荷和位移隨時(shí)間變化數(shù)據(jù)、載荷隨位移變化數(shù)據(jù),如圖2、圖3所示。采集并記錄相關(guān)測點(diǎn)的應(yīng)變和位移數(shù)據(jù)。

        試驗(yàn)結(jié)果顯示,在試驗(yàn)負(fù)荷作用下未發(fā)生破壞。

        4 研究結(jié)論

        綜上所述,結(jié)構(gòu)加強(qiáng)符合設(shè)計(jì)預(yù)期,能夠系力柱試驗(yàn)要求,滿足設(shè)計(jì)要求。

        作者簡介:王曙光(1984-),男,江蘇人,本科,工程師,研究方向:船舶結(jié)構(gòu)。

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