正和船廠70000噸散貨船氣囊下水有限元計算

永泰長榮

70000 噸散貨船氣囊下水靜力計算分析報告

1.1 該船的主要特征

70000噸散貨船的主尺度如下：

總    長LOA             ：     222.00米

垂線間長LPP            ：     216.20米

結(jié)構(gòu)船長LS             ：      213.27米

型    寬B      ：       32.26米

型    深H      ：       18.00米

結(jié)構(gòu)吃水TS             ：       13.00米

服務(wù)航速V        ：       13.8節(jié)

max

方形系數(shù)CB             ：        0.897

1.2 計算分析依據(jù)的圖紙及文件

SC4582-010-04	橫剖面圖
SC4582-110-05	基本結(jié)構(gòu)圖
SC4582-110-06	外板展開圖
SC4582-112-02	雙層底結(jié)構(gòu)圖
SC4582-111-02	舷側(cè)結(jié)構(gòu)圖
SC4582-121-03	橫艙壁結(jié)構(gòu)圖

1.3 計算采用的軟件

計算中， 采用MSC/Patran建立模型、施加載荷及顯示應(yīng)力和變形結(jié)果， 計算分析采 用MSC/Nastran進(jìn)行。

2. 有限元模型的建立

2.1 模型范圍

氣囊下水靜力計算，采用三維有限元模型對散貨船主要構(gòu)件進(jìn)行強度直接計算時，

模型范圍為船中貨艙區(qū)的1/2個貨艙+1個貨艙+1/2個貨艙，垂向范圍為船體型深，強度 評估采用中間一個貨艙（含艙壁的）的結(jié)果。

由于本船重心位于第4艙，故選用1/2個3貨艙+1個4貨艙+1/2個5貨艙的全寬模型為 本次建模的范圍，即FR91—FR164。

2.2 坐標(biāo)系及量綱

模型全局坐標(biāo)系的X方向為船長方向， 指向船艏； Y方向為船寬方向，  自中縱剖面指 向左舷； Z方向為型深方向， 自基線指向甲板。模型全局坐標(biāo)系的原點位于FR0、縱中剖 面、基線處。

結(jié)構(gòu)模型的建立和載荷施加過程中采用毫米單位制（SI-mm）,單位定義如下:

質(zhì)量   ：  噸（t）

長度   ：  毫米（mm）

時間   ：  秒（s）

力     ：  牛頓（N）

應(yīng)力   ：  兆帕（MPa）

壓力   ：  牛頓每平方毫米（N/mm2）

2.3 結(jié)構(gòu)模型化

圖紙中所述的所有主要構(gòu)件均在有限元模型中建模。有限元網(wǎng)格邊界盡可能的模擬 實際結(jié)構(gòu)的扶強材排列規(guī)律， 并盡可能的表示扶強材之間的板格真實幾何形狀。結(jié)構(gòu)尺 寸采用船舶建造厚度。

模型中船體的外板、甲板、船底板、強框架、縱向列板、舷側(cè)肋骨高腹板以及槽形 艙壁、壁凳和凳內(nèi)隔板均采用4節(jié)點板殼單元模擬，在高應(yīng)力區(qū)和高應(yīng)力變化區(qū)盡量避 免使用三角形單元。

對于承受水壓力和貨物壓力的各類板上的扶強材用梁單元模擬，并考慮偏心影響。 縱桁、肋板上的加強筋， 肋骨和軸板等主要構(gòu)件的面板和加強筋用桿單元模擬。當(dāng)遇到 網(wǎng)格布置和大小劃分比較困難時， 部分區(qū)域上的線單元用一根代替多根， 或線單元位置 和實際的加強筋布置有一定的錯位。

2.4 網(wǎng)格控制

不與氣囊接觸的船體結(jié)構(gòu)有限元網(wǎng)格參考《CCS散貨船有限元強度直接計算指南》  要求，沿船殼橫向按縱骨間距或類似的間距劃分， 縱向按肋骨間距或類是間距大小劃分， 網(wǎng)格形狀接近正方形。船底縱桁和肋板在垂直方向上布置3個單元。每個槽型艙壁的腹  板和翼板劃分為一個板單元， 在槽型艙壁下端接近底凳處的板單元和凳板的臨近單元其 長寬比盡量為1。

與氣囊接觸的船體結(jié)構(gòu)使用1/2縱骨間距，并考慮相鄰結(jié)構(gòu)的單元協(xié)調(diào)性。其中

Fr122與Fr126位置處使用100X100有限元網(wǎng)格，并考慮相鄰結(jié)構(gòu)的單元協(xié)調(diào)性。

依據(jù)《工藝》， 確定的計算工況為下水過程中船舶重心到達(dá)船臺末端時的船舶受力 狀態(tài)。此時船舶承受水的浮力， 氣囊的支撐力和船舶自身重力。由于浮力較小， 船舶在 自身重量的作用下處于中拱狀態(tài)， 且氣囊支撐力主要集中在船臺末端即船舶重心位置附近。

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