基于多支點接觸的運(yùn)輸船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析

褚偉波　馬成良

摘 要：本文立足于海上重大件運(yùn)輸?shù)膶嶋H，利用有限元分析軟件對港珠澳大橋分段運(yùn)輸船的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行有限元分析。計算從具體海況的實際出發(fā)，在分析多支點反力的時候，考慮了中垂和中拱這兩種極端惡劣的情況。 為重大件海上運(yùn)輸課題拓寬了思路。

關(guān)鍵詞：重大件 多支點 有限元分析

貨物裝載信息

每船運(yùn)輸3段鋼橋分段，每段鋼橋底部對應(yīng)強(qiáng)結(jié)構(gòu)分別有18道枕木支撐。

運(yùn)輸船船長225米，船寬40米，型深13.5米，航行吃水為8.5米。

鋼橋分段每段重2500噸，長110米，寬33.1米，高4.5米。

有限元模型

取整個甲板所在艙段進(jìn)行建模分析。

約束和載荷加載

1、約束加載

船長兩端進(jìn)行全約束。

2、載荷加載

主要考慮三種載荷：加速度載荷、鋼橋分段產(chǎn)生的載荷、壓載水及波浪產(chǎn)生的靜載。

2.1加速度計算

加速度的計算考慮了如下幾個方面

2.1.1氣象導(dǎo)航

航行過程中由WINI公司全程提供氣象導(dǎo)航信息，確保運(yùn)輸船在設(shè)計海況條件內(nèi)航行。

2.1.2環(huán)境參數(shù)

a航線：

啟航海域：上海

到達(dá)海域：珠海（廣東）

經(jīng)過海區(qū)：28，40，41航行日期：11年5月～11月

b 環(huán)境數(shù)據(jù)：

根據(jù)航行線路和BMT公司提供的海區(qū)海浪譜數(shù)據(jù)，預(yù)計整個航線中最惡劣的海區(qū)為南中國海（40區(qū)），而40海區(qū)在5到11月期間，最惡劣的季節(jié)為9到11月份。據(jù)此，以40海區(qū)11月份的海浪譜作為極限氣象條件進(jìn)行海運(yùn)計算。

2.2鋼橋分段對船體的壓力

通過對簡化的鋼橋分段及船體進(jìn)行有限元分析，計算分中垂及中拱兩種工況進(jìn)行，然后分別由計算結(jié)果中提取的節(jié)點力，得到鋼橋分段對船體的下壓力。

有限元模型如圖5所示。其中：船體和鋼橋分段用beam188模擬，截面為等效截面，密度為等效密度。中間枕木連接用link10模擬，只承受壓力。

2.2.1約束加載

中垂：對船體梁兩端進(jìn)行垂向約束。

中拱：對船體梁中部進(jìn)行垂向約束。

2.2.2載荷加載

除了受到各項加速度之外，還需考慮船體的鋼結(jié)構(gòu)重量分配、滿足航運(yùn)穩(wěn)性配載的壓載水以及燃油等重量的分配、中垂及中拱海況下的海水對船底部的浮力分配。最后，把以上各因素等效成船體梁單元的密度，加載到模型中去。

由于貨物重量分布和運(yùn)輸船在航行過程中的變形導(dǎo)致受力不均。大跨度，多支點接觸的海上運(yùn)輸?shù)脑O(shè)計一直是一個的難點。本文利用有限元對多支點鋼橋進(jìn)行等效建模，有利于方案的制定及調(diào)整，且便捷高效。同時，也給相關(guān)設(shè)計和計算提供了方法上的借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1] 邊文鳳 白光輝 吳忠友 張崇杰 不同船體結(jié)構(gòu)形式在波浪載荷下的結(jié)構(gòu)性能比較 船舶力學(xué)

（作者單位：上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，完成時間：2015年06月02日，職務(wù)：設(shè)計主管）