孫 良 黃勝炎

（江蘇新時代造船有限公司，靖江214500）

0 前言

化學品船承擔著運輸化學品的任務，化學品對環(huán)境有嚴重的破壞性，就需要船體結構有適當?shù)慕Y構強度，以保證運輸過程中的安全性。本文主要介紹江蘇新世紀造船有限公司承接74 500 DWT三類化學品船的主要船體結構強度進行評估。

1 主尺度

2 結構型式

74 500 DWT級化學品船船體采用普通鋼或AH32高強度鋼。貨艙區(qū)域為雙殼雙底結構，肋骨間距為3 400 mm，甲板強橫梁，縱桁和甲板縱骨上翻，縱艙壁和橫艙壁均為槽型艙壁，設有頂?shù)屎偷椎?。頂?shù)实酌姘逶?9 010 mm高度位置，底凳面板在4 950 mm高度位置；縱向結構設置：2根距船中1 600 mm旁縱桁，2根距船中5 600 mm旁縱桁，2根距船中12 000 mm旁縱桁；垂向結構設置：2道距基線4 950 mm水平桁，2道距基線9 360 mm水平桁，2道距基線 15 360 mm水平桁，2道距基線19 010 mm水平桁。典型強框架橫剖面見圖1。

3 結構有限元模型

3.1 模型范圍

模型范圍按CSR-OT規(guī)范要求，縱向范圍覆蓋3個貨艙長度和4個橫艙壁。模型端部的橫艙壁連同頂?shù)屎偷椎式Y構及相關同一肋位強框架都包括在模型中，形成垂直平面。橫向范圍為船體型寬，垂向范圍為船體型深。

船體的開孔采用CSR-OT規(guī)范附錄B進行篩選折減厚度。最后完成的三艙段模型共包括51 501個節(jié)點，100 452個單元（彈簧單元和獨立點約束由軟件計算時自動生成）。彈性模量為2.06×105MPa，泊松比0.3，密度7.85 t/m3，有限元模型見圖2。

圖1 典型強框架橫剖面

圖2 三艙段有限元模型示意圖

3.2 坐標系

坐標系采用右手坐標系，原點為FR0處基線和中心線的交點處，X軸向船首為正方向，Y軸向左舷為正方向，Z軸向上為正方向。

3.3 邊界條件

根據(jù)CSR-OT規(guī)范要求，模型兩端為彈簧約束，施加邊界條件參考CSR-OT規(guī)范附錄B2.6［1］。

4 載荷工況、許用應力和驗收結果

4.1 載荷工況

依據(jù)CSR-OT規(guī)范附錄B要求工況計算，選取工況參考CSR-OT規(guī)范附錄B2.3裝載工況。

4.2 許用應力

該船結構采用普通鋼和高強鋼（AH32），根據(jù)CSR-OT規(guī)范第9節(jié)2.2.5驗收衡準。考察應力為有限元分析中的平面單元中心的Von-Mises相當應力。構件的許用應力不得超過如表1所示。屈曲利用因子數(shù)值見表2。細網(wǎng)格分析的最大許用應力數(shù)值見表3。

表1 驗收相當應力

表2 驗收屈曲利用因子

表3 驗收細網(wǎng)格最大許用應力

4.3 驗收結果匯總

驗收相當應力結果見表4。驗收屈曲利用因子結果見表5。驗收細網(wǎng)格應力結果見表6。

圖3 船底板屈曲修改加筋位置

表6 細網(wǎng)格應力結果匯總

5 結語

本文敘述了74 500 DWT化學品船規(guī)范進行有限元計算的主要過程和結果。針對該船具有特殊的結構形式和裝載特點，利用有限元進行直接計算分析能最終確定設計方案，計算結果顯示船體貨艙區(qū)主要結構滿足規(guī)范要求，計算結果分析如下：

1）化學品船區(qū)別于常規(guī)油船，部分裝載化學品船貨物密度比原油或成品油大很多，計算時候需要特別注意按CI-T2［2］規(guī)范和實際船舶裝載時的貨物密度得出計算密度。

2）化學品船對洗艙殘留有較高要求，按MARPOL要求為不大于75L。在設計結構的時候要盡量保證貨艙內(nèi)部的光滑，不能留下洗艙死角［3］。

3）化學品主甲板強橫梁、縱桁和縱骨上翻，導致外板和內(nèi)殼上端處支撐減弱，需要增加板厚到13 mm普通鋼，計算結果見圖4和圖5，相關修改見圖6。

圖4 航行工況強橫梁細網(wǎng)格結果

圖5 港口工況強橫梁細網(wǎng)格結果

4）橫艙壁和縱艙壁需要做成槽型。槽型艙壁會在槽的端部形成應力集中，需要引起重視，增加槽型艙壁端部的板厚到25.5 mm（AH32），計算結果見圖7和圖8，相關修改見圖9。

圖7 航行工況艙壁相交處細網(wǎng)格結果

圖8 港口工況艙壁相交處細網(wǎng)格結果

圖9 橫艙壁與縱艙壁相交處修改

5）由于主甲板強橫梁上翻，考慮到主甲板上的甲板機械、管系、甲板儲藏室、取樣間、通道布置，所以計算強橫梁強度時腹板高度不能取值太大，只能增加腹板厚度和面板大小，腹板高度要與交叉專業(yè)協(xié)調(diào)后確定。

6） 為保證槽型艙壁頂?shù)试谥骷装逄幱凶銐蛑螐姸龋敬O置了共4道短縱桁。短縱桁于強橫梁連接處會產(chǎn)生應力集中問題，需要在短縱桁端部增加板厚至14 mm（AH32），計算結果見圖10和圖11，相關修改見圖12。

圖10 航行工況甲板短縱桁處細網(wǎng)格結果

圖11 港口工況甲板短縱桁處細網(wǎng)格結果

圖12 主甲板短縱桁修改

［1］Common Structural Rules for Double Hull Oil tankers［S］.2010.

［2］Common Interpretation Approval of high density cargo limitation on max filling height［S］.2008.

［3］The International Convention for the Prevention of Pollution From Ships［S］.1973 as modified by the Protocol of 1978.