奚榕

【摘要】本文結(jié)合8000DWT多用途集裝箱船艙口蓋的設(shè)計(jì)案例，通過建立有限元模型，設(shè)定邊界約束條件，對艙口蓋蓋板的臨界屈曲應(yīng)力、普通骨材的帶板屈曲應(yīng)力、主要支撐構(gòu)件腹板屈曲應(yīng)力、許用橈度等重要設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了精確計(jì)算，利用有限元模型進(jìn)行分析，最終，論證了本船的艙口蓋的設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求。

【關(guān)鍵詞】有限元模型；艙口蓋；設(shè)計(jì)；屈曲應(yīng)力；設(shè)計(jì)參數(shù)；許用橈度

引言

有限元分析模型通過利用數(shù)學(xué)近似的方法模擬集裝箱船艙口蓋的物理系統(tǒng)。還利用簡單而又相互作用的元素，例如艙口蓋蓋板的臨界屈曲應(yīng)力、普通骨材的帶板屈曲應(yīng)力、主要支撐構(gòu)件腹板屈曲應(yīng)力、許用橈度等，通過有限數(shù)量的未知量模擬無限未知量的真實(shí)系統(tǒng)，具有較高的逼真性。本文將對基于有限元模型的艙口蓋的設(shè)計(jì)展開具體探討與論述。

1、艙口蓋概況

本套艙口蓋適用于8000DWT多用途集裝箱船。Lbp=112.8m，D =8.20m，航速=12.2kn。本艙口蓋的結(jié)構(gòu)形式采用了縱橫結(jié)構(gòu)形式，短橫梁承受的負(fù)荷，傳遞到強(qiáng)縱桁上，強(qiáng)縱桁再通過強(qiáng)橫梁傳遞到兩端的支承，最后將力傳遞到甲板艙口圍上。艙口蓋四周設(shè)置快速壓緊器，把艙口蓋系固在艙口圍上，并設(shè)置橫向和縱向掣檔塊，防止艙口蓋移動(dòng)。艙口蓋與艙口圍之間采用密封橡皮保證水密，艙口蓋與艙口蓋間采用橡皮與不銹鋼壓條保證其水密，并設(shè)有流水槽進(jìn)一步確保水密。

2、有限元模型

本次計(jì)算是基于凈厚度的有限元計(jì)算方法，見圖1中的NO.1（NO.2艙同NO.1艙），NO.3艙模型。艙口蓋的外板、桁材按普通骨材間距劃分為四邊形板單元，角鋼型材和縱桁面板作為梁單元，強(qiáng)骨材（縱桁及強(qiáng)橫梁）面板簡化為平板梁單元。

3、屈曲應(yīng)力計(jì)算

3.1艙口蓋蓋板的臨界屈曲應(yīng)力計(jì)算

（1）對于平行于扶強(qiáng)材方向的主要支撐構(gòu)件彎曲引起的艙口蓋蓋板的壓應(yīng)力σ，應(yīng)不超過臨界屈曲應(yīng)力σc1的0.8倍，σc1應(yīng)按照下式計(jì)算：

（2）對于垂直于扶強(qiáng)材方向的主要支撐構(gòu)件彎曲引起的艙口蓋蓋板的平均壓應(yīng)力σ，應(yīng)不超過臨界屈曲應(yīng)力σc2的0.8倍，σc2應(yīng)按照下式計(jì)算：

3.2普通骨材帶板的屈曲應(yīng)力計(jì)算

對于平行于扶強(qiáng)材方向的主要支撐構(gòu)件彎曲引起的艙口蓋扶強(qiáng)材的帶板正應(yīng)力σ，應(yīng)不超過臨界屈曲應(yīng)力σcs的0.8倍，σcs應(yīng)按照下式計(jì)算：

3.3主要支撐構(gòu)件腹板屈曲應(yīng)力計(jì)算

主要支撐構(gòu)件腹板板格的剪切應(yīng)力τ應(yīng)不超過臨界屈曲應(yīng)力τc的0.8倍，τc應(yīng)按下列公式計(jì)算：

3.4許用橈度

（1）承受波浪載荷的主要支撐構(gòu)件的垂向位移應(yīng)不大于μlmax。其中：（P1-1～P1-8）最大跨距為15.380m，μ為0.0028，許用橈度為43mm；（P3-1～P3-8）最大跨距為15.380m，μ為0.0028，許用橈度為43mm。

（2）承受集裝箱載荷的主要支撐構(gòu)件的垂向位移應(yīng)不大于μlmax。其中：（P1-1～P1-8）最大跨距為15.380m，μ為0.0035，許用橈度為54mm；（P3-1～P3-8）最大跨距為15.380m，μ為0.0035，許用橈度為54mm。

4、有限元分析

5、結(jié)論

本次艙口蓋的設(shè)計(jì)中，在用規(guī)范公式直接進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)為了滿足橈度的要求，只能普遍增加蓋板下的骨架以增強(qiáng)剛性，結(jié)果導(dǎo)致結(jié)構(gòu)尺寸和重量都很大。原因在于規(guī)范公式的出發(fā)點(diǎn)是每根構(gòu)件“單獨(dú)”變形，進(jìn)行了偏于安全的簡化。事實(shí)上縱橫交錯(cuò)的骨架和板材相互支撐，存在優(yōu)化的空間。本文借助有限元分析工具，進(jìn)行重點(diǎn)區(qū)域的針對性加強(qiáng)，與不加區(qū)分地增加構(gòu)件尺寸相比，這種措施達(dá)到了既滿足強(qiáng)度和變形要求，又減輕結(jié)構(gòu)重量的滿意效果。最終，本船的艙口蓋的設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求。

參考文獻(xiàn)

[1]邵天駿.艙口蓋參數(shù)化建模程序設(shè)計(jì)[J].世界海運(yùn)，2011（02）

[2]某型援潛救生船的月池艙口蓋設(shè)計(jì)[J].水運(yùn)工程，2012（05）