散貨船縱向艙口圍的加強(qiáng)設(shè)計(jì)

趙文斌

（上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海 201203）

0 前言

常規(guī)設(shè)計(jì)的散貨船，從保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和減小船舶重量的目的出發(fā)，一般會(huì)將頂邊艙內(nèi)做成每隔6個(gè)肋位設(shè)置一檔強(qiáng)框的結(jié)構(gòu)形式。主甲板以上的縱向艙口圍板，由于受到較大的艙蓋橫向作用力，并考慮到承受總縱應(yīng)力的影響，一般會(huì)每隔2個(gè)肋位設(shè)置一檔支撐肘板。對(duì)于縱向艙口圍支撐肘板的模數(shù)，規(guī)范中是有詳細(xì)要求的，但對(duì)于支撐肘板在主甲板以下的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，一般規(guī)范中未作規(guī)定，因此對(duì)其強(qiáng)度的校核常被設(shè)計(jì)人員所忽視。當(dāng)艙口圍支撐肘板與頂邊艙內(nèi)的強(qiáng)框位于同一肋位時(shí)，強(qiáng)度可以得到保證。但當(dāng)肘板不在強(qiáng)框位置時(shí)，則需另作加強(qiáng)，通常的設(shè)計(jì)是在縱向艙口圍支撐肘板對(duì)應(yīng)位置的主甲板以下設(shè)置加強(qiáng)肘板。典型的縱向艙口圍肘板下的加強(qiáng)設(shè)計(jì)，如圖1所示。

此種加強(qiáng)肘板的設(shè)計(jì)方案通常應(yīng)用于各種噸位的散貨船縱向艙口圍肘板下的加強(qiáng)。本文針對(duì)一艘5萬(wàn)噸級(jí)的散貨船，對(duì)整個(gè)艙口圍進(jìn)行了有限元分析，發(fā)現(xiàn)原有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的一些問(wèn)題，并對(duì)原有設(shè)計(jì)提出了改進(jìn)方案。

1 原有加強(qiáng)設(shè)計(jì)及其強(qiáng)度校核

為使計(jì)算不受邊界的影響，艙口圍強(qiáng)度有限元計(jì)算借用了原有艙段計(jì)算的模型。按艙口圍結(jié)構(gòu)圖及頂邊艙舷側(cè)結(jié)構(gòu)圖，直接在艙段模型中等分原有網(wǎng)格大小即使用400 mm×400 mm的網(wǎng)格尺寸建模，計(jì)算船舶左舷整個(gè)縱向艙口圍結(jié)構(gòu)及其以下加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。有限元模型如圖2～圖4所示。

其中艙口圍上所施加的載荷為廠商提供的墊塊上的力和Y－STOPER上的力。模型中包括了墊塊和Y－STOPER下的所有局部加強(qiáng)計(jì)算所得結(jié)果如圖5～圖7所示。

從變形圖（圖5）中可以看出，甲板的第一根縱骨（DL.1）變形較大。從合成應(yīng)力圖（圖6）中可以看出，甲板的第一根縱骨與強(qiáng)框連接處合成應(yīng)力較大，達(dá)到180 MPa級(jí)別。從剪力圖（圖7）中可以看出，甲板的第一根縱骨與強(qiáng)框連接處剪切應(yīng)力較大達(dá)到90 MPa級(jí)別。

原有縱向艙口圍支撐肘板甲板下加強(qiáng)的形式，由于加強(qiáng)肘板都終止于第一根縱骨，載荷集中于第一個(gè)縱骨，使得甲板的第一根縱骨出現(xiàn)較大變形和應(yīng)力。

2 改進(jìn)后的加強(qiáng)設(shè)計(jì)及其校核

考慮到原有設(shè)計(jì)會(huì)造成甲板第一根縱骨應(yīng)力偏大，我們改進(jìn)了甲板下加強(qiáng)的形式。改進(jìn)后的形式如圖8所示，即把加強(qiáng)肘板擴(kuò)大到第二根縱骨，使載荷進(jìn)一步分散而不集中于第一根縱骨。有限元模型如圖9所示。

計(jì)算所得結(jié)果如圖10～圖12所示。從變形圖（圖 10）中可以看出，甲板的第一根縱骨（DL.1）變形明顯變小。從合成應(yīng)力圖（圖11）中可以看出，甲板的第一根縱骨與強(qiáng)框連接處合成應(yīng)力降到100 MPa級(jí)別。從剪力圖（圖12）中可以看出，甲板的第一根縱骨與強(qiáng)框連接處剪切應(yīng)力降到40 MPa級(jí)別。改進(jìn)后的加強(qiáng)肘板設(shè)計(jì)，改善了甲板縱骨的變形與受力。

3 結(jié)語(yǔ)

散貨船的艙口圍肘板及其加強(qiáng)在整個(gè)船舶結(jié)構(gòu)中算不上主要構(gòu)件，設(shè)計(jì)人員常認(rèn)為此類(lèi)加強(qiáng)僅屬于局部強(qiáng)度的范圍，未給予足夠的關(guān)注。通過(guò)本文的計(jì)算分析，發(fā)現(xiàn)原有散貨船結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，縱向艙口圍肘板下的加強(qiáng)肘板，會(huì)造成甲板下第一根縱骨應(yīng)力偏大，如果結(jié)合考慮航行中的總縱應(yīng)力，則縱骨的應(yīng)力會(huì)超出許用值。

為減小縱骨應(yīng)力改善設(shè)計(jì)合理性，在此提出以下修改意見(jiàn)：

1）設(shè)計(jì)中應(yīng)該選擇合適的加強(qiáng)肘板形式，適當(dāng)加大橫向加強(qiáng)范圍或可以考慮適當(dāng)加大第一根縱骨的構(gòu)件尺寸；

2）盡可能把肘板布置在強(qiáng)框位置，有利于載荷傳遞；

3）對(duì)艙口圍結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元強(qiáng)度分析。

同時(shí),在計(jì)算中也發(fā)現(xiàn)貨艙中心的頂邊艙強(qiáng)框架，在承受艙蓋載荷時(shí)，開(kāi)孔邊緣應(yīng)力偏大。這應(yīng)引起設(shè)計(jì)人員的注意，在以后的設(shè)計(jì)中要適當(dāng)加強(qiáng)。