陸萍

【摘 要】現(xiàn)代船舶對(duì)生活工作空間大小和舒適度提出了越來越高的標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)構(gòu)風(fēng)管的布置可節(jié)省空間，但會(huì)對(duì)原有船體結(jié)構(gòu)造成改變。文章提出了對(duì)船體結(jié)構(gòu)改變前后的兩種強(qiáng)度校核方法。

【關(guān)鍵詞】MSC；風(fēng)管強(qiáng)度；船舶結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)： U664.84 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）34-0058-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.34.022

Demonstration for Strength of vent ducts in Ship Structures

LU Ping

（Nantong Shipping College，Nantong Jiangsu 226010，China）

【Abstract】Modern ships have put forward higher and higher standards for the size and comfort of living and working space.The arrangement of vent ducts can save space，but it will change the original hull structure.In this paper，two methods for demonstration the strength of ship structures before and after structural changes are proposed.

【Key words】MSC；Strength of vent duct；Ship structures

0 引言

隨著科學(xué)及經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代船舶的設(shè)計(jì)開始在保證性能的同時(shí)不斷加強(qiáng)對(duì)美觀性和舒適性的重視。過去船舶設(shè)計(jì)中風(fēng)管基本不涉及結(jié)構(gòu)，一般由船廠在施工中自制鐵皮管道即可。但近年來，出于美觀及提升艙室自由空間的目的，設(shè)計(jì)風(fēng)管時(shí)開始偏向于結(jié)構(gòu)風(fēng)管。將風(fēng)管與船體強(qiáng)構(gòu)件結(jié)合在一起，既整潔美觀，又充分利用了強(qiáng)構(gòu)件之間的空間，擴(kuò)大了整個(gè)艙室的自由空間，提升了舒適性。但結(jié)構(gòu)風(fēng)管一般都是直接取代或貫穿船體強(qiáng)構(gòu)件的，同時(shí)強(qiáng)構(gòu)件上還要開出足夠面積的通風(fēng)孔，這樣就破壞了初步設(shè)計(jì)時(shí)所選擇的計(jì)算構(gòu)件。那么在這種情況下我們?nèi)绾蝸肀ＷC加裝結(jié)構(gòu)風(fēng)管后現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度還符合原有的設(shè)計(jì)考慮呢？本文以某拖輪為例，通過按規(guī)范直接計(jì)算和有限元計(jì)算兩種方法來進(jìn)行對(duì)被結(jié)構(gòu)風(fēng)管取代或貫穿的構(gòu)件的強(qiáng)度較核。

1 規(guī)范計(jì)算較核

1.1 初期設(shè)計(jì)計(jì)算

在設(shè)計(jì)船舶時(shí)，初期就應(yīng)該考慮好船體強(qiáng)弱構(gòu)件的分布，并按規(guī)范計(jì)算所需構(gòu)件的規(guī)格。本文舉例的拖輪在初期設(shè)計(jì)中的主要尺度如下：

型長(zhǎng)35m，型寬10m，型深4.5m，設(shè)計(jì)吃水3.5m，肋距0.5m。

部分甲板構(gòu)件布置如圖1。

按照CCS《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》2012中的要求，甲板的計(jì)算壓頭h為1.49m。

按照公式計(jì)算選取得到：

（1）甲板橫梁實(shí)取L100x63x7，剖面模數(shù)61.09cm3；

（2）甲板縱桁和艙口端甲板縱桁實(shí)取⊥8x300/12x120，剖面模數(shù)605.71cm3；

（3）甲板強(qiáng)橫梁實(shí)取⊥8x300/12x120，剖面模數(shù)605.71cm3；

（4）角鋼L100x63x7的剖面模數(shù)W為61.09cm3，T型材⊥8x300/12x120的剖面模數(shù)W為605.71cm3。

1.2 加裝結(jié)構(gòu)風(fēng)管后設(shè)計(jì)計(jì)算

在船體詳細(xì)設(shè)計(jì)的中期，機(jī)艙內(nèi)要考慮設(shè)計(jì)符合要求的風(fēng)管，在這里我們考慮在原有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上改裝一個(gè)截面為800mmx500mm矩形，管壁厚為8mm的結(jié)構(gòu)風(fēng)管。如圖2，縱桁1，2以及強(qiáng)橫梁1部分被結(jié)構(gòu)風(fēng)管取代，并且在結(jié)構(gòu)風(fēng)管的管壁上設(shè)有通風(fēng)孔，風(fēng)管內(nèi)部基本為中空，以保證流通風(fēng)速。

（1）取代縱桁1的風(fēng)管考慮為由兩端強(qiáng)橫梁支撐的一段箱形梁結(jié)構(gòu)П2x（500x8）/800x8，跨距為10m，通過計(jì)算，其剖面模數(shù)為3960.53cm3；箱形梁L500x400x8的剖面模數(shù)為1933.25cm3。

（2）在跨距范圍內(nèi)，橫梁與初步計(jì)算相同，強(qiáng)橫梁剖面模數(shù)滿足一般橫梁剖面模數(shù)要求即可。

（3）考慮縱桁2時(shí)，其部分結(jié)構(gòu)被開孔的風(fēng)管管壁結(jié)構(gòu)取代，跨距取2.5m，通過計(jì)算，構(gòu)件最小部分的剖面模數(shù)W為1827.96cm3。

（4）取代強(qiáng)橫梁1的結(jié)構(gòu)風(fēng)管管壁結(jié)構(gòu)的剖面模數(shù)滿足一般橫梁構(gòu)件模數(shù)即可。

1.3 結(jié)論

本文舉例船型為船長(zhǎng)小于65m的船舶，可不考慮總縱強(qiáng)度的計(jì)算。通過規(guī)范計(jì)算校核發(fā)現(xiàn)，橫梁﹑縱桁﹑強(qiáng)橫梁等構(gòu)件在設(shè)計(jì)初期和改裝后期的互相支撐關(guān)系發(fā)生了變化，同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)管的剖面模數(shù)進(jìn)行了計(jì)算。

2 有限元計(jì)算校核

本文的第二種校核方法便是利用MSC軟件進(jìn)行局部船體建模并計(jì)算，可以直觀看到原有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和加裝結(jié)構(gòu)風(fēng)管后的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及變形情況。

2.1 模型載荷及邊界條件

模型中甲板板、甲板強(qiáng)梁腹板和甲板下圍壁強(qiáng)框架等采用4節(jié)點(diǎn)板單元模擬，縱骨、加強(qiáng)筋、強(qiáng)梁和強(qiáng)梁面板采用2節(jié)點(diǎn)梁?jiǎn)卧M。

模型采用以下邊界條件：Dx=Dy=Dz=0。

模型載荷為1.49m高水壓頭，即作為0.0149N/mm2的壓強(qiáng)作用于甲板上。

2.2 計(jì)算變形與應(yīng)力結(jié)果

通過數(shù)值比較，原有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和加裝風(fēng)管后結(jié)構(gòu)變形結(jié)果基本相同；忽略結(jié)構(gòu)風(fēng)管上通風(fēng)口角隅應(yīng)力集中處，原有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和加裝風(fēng)管后結(jié)構(gòu)總體彎曲應(yīng)力分布結(jié)果基本相同。

在CCS《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》2012中規(guī)定，船體構(gòu)件的許用彎曲應(yīng)力為124N/mm2。可以看出，原有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和加裝風(fēng)管后的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求，并有一定余量，可進(jìn)一步進(jìn)行構(gòu)件優(yōu)化。

2.4 結(jié)論

通過計(jì)算分析可知，原有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和加裝結(jié)構(gòu)風(fēng)管后的結(jié)構(gòu)在相同的載荷下變形情況基本相同。其主要船體構(gòu)件應(yīng)力情況也變化不大，主要差別體現(xiàn)在風(fēng)管通風(fēng)口的角隅出現(xiàn)的應(yīng)力分布情況。

3 結(jié)論

通過總結(jié)出的兩種校核方法，我們可以清楚的知道如何去判斷結(jié)構(gòu)風(fēng)管取代或破壞原有船體構(gòu)件后的強(qiáng)度問題?；诖藘煞N方法，我們可以放心的發(fā)揮自己的想象力，設(shè)計(jì)合適的結(jié)構(gòu)風(fēng)管，去布置一個(gè)美觀﹑舒適的艙室。