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全回轉起重船強度有限元分析和評估

發布于:2022-05-29 20:28
有限元分析

      起重船是一種用于水上起重作業的工程船,又稱浮吊,被廣泛應用于海上大件吊裝、海上救助打撈、橋梁工程建設和港口碼頭施工等多個領域。隨著海上工程作業任務的復雜化,浮吊設計技術逐漸向起重噸位重型化、作業領域深;偷跹b過程高效率化方向發展,對起重船起重能力的需求日漸提高。
      近年來,我國起重船設計技術得到了長足的發展。2008年振華重工成功建造的7500t全回轉起重船“藍鯨”號,改變了歐美國家在起重船領域的壟斷局面。本文所述全回轉起重船的成功研制更堅固了我國在該領域的領先地位,該船由大型油船改造而成,起重基座位于船首。起重作業時,船首起吊重物,船尾增加壓載水,船舶的質量集中在舶舵兩端,靜水彎矩與剪力較大,主船體總縱強度的計算和評估顯得尤為重要。此外,起重基座需承擔起重機與貨物產生的巨大重力與彎矩,局部強度的預報是保證實船工作性能的關鍵。目前,相關學者主要應用有限元理論與技術進行起重船船體結構強度校核。木文采用大型通用有限元分析軟件MSC.Nastran對12000t起重船設計中的以上兩個關鍵問題進行分析和研究。
      該船為自航全回轉起重船,可航行于無限航區。船體包括主船體、舵部上層建筑和舶部起重機平臺三部分。主船體部分設置有2道舶舵貫穿的縱艙壁,另有兩道縱艙壁從FR62號肋位延伸到船首,雙層甲板,船底內設置有內底。主船體為縱骨架式,包括船底、內底板、上甲板、下甲板、縱艙壁、舷側均有縱向骨材?v向連續構件盡可能自舷至艦連續設置,以保證縱向強度。每個肋位設置橫向強框架,包括甲板強橫梁、平臺強橫梁、縱艙壁垂直析、舷側強肋骨、底部肋板,每六個肋位設置一道水密橫艙壁,保證船體橫向強度。
      木船圓筒式基座為圓筒與橫縱艙壁交叉式連接結構,中心圓筒從上甲板延伸到下甲板。外圓筒為主要承力結構,有內外兩層筒壁,內筒壁從上甲板延伸到下甲板,外筒壁從上甲板延伸到內底。內外筒壁間由支撐板相連,筒壁上骨材垂向分布,保證了其垂向強度。
      取船中三個艙段建立有限元模型,中間艙室為校核艙,校核起重船的總縱強度。該有限元模型采用板殼元和梁單元組合模型。板材和析材腹板采用四節點及少量的三節點板殼元模擬,骨材及析材而板采用兩節點梁單元模擬。模型縱向范圍為船中三個艙段,橫向范圍為全部船寬,垂向范圍為船底到上甲板。邊界條件參考CCS的《散貨船結構強度直接計算分析指南》。在模型兩端設立MPC選取中和軸處節點為獨立點,端而內其余節點與其六個自由度均相關,后端面處約束三個線位移自由度,前端面處放松沿船長方向線位移自由度,前后端而僅放松指向左舷方向轉角自由度,靜水彎矩和波浪彎矩施加在兩端的獨立節點上。
      在有限元模型兩端施加靜水彎矩與波浪彎矩,波浪彎矩按照《鋼質海船入級規范》近似計算;每種工況下的壓載水、淡水等質量通過建立壓力場函數施加在相應艙室;重力通過對整體模型建立重力加速度施加;舷外靜水壓力通過建立場函數施加在船體外板上。
      可以看出,木船應力結果均小于許用應力,滿足要求,能保證船舶的總縱強度?v向連續構件如甲板、船底、舷側、縱艙壁是主要的承力構件,在設計時需要特別關注,并優化結構布置,獲得合理的空船質量。



                                                                                專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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