郭俊偉

摘 要：大型生活區(qū)模塊在整體建造完工后如總裝廠距離較遠(yuǎn)，則需進(jìn)行遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)場運(yùn)輸作業(yè)，文章主要介紹通過運(yùn)用有限元計(jì)算方法校核在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中模塊結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，確定模塊本身結(jié)構(gòu)是否滿足要求，以保證轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的安全性及轉(zhuǎn)運(yùn)后模塊的完整性。

關(guān)鍵詞：大型生活區(qū)模塊；轉(zhuǎn)運(yùn)；有限元分析

中圖分類號：U662 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）13-0074-02

Abstract： After the completion of the whole construction of the large living area module， if the distance of the assembly plant is relatively long， it is necessary to carry out the long-distance transposition transportation operation. This paper mainly introduces the use of finite element method to check the strength of the module structure during the transshipment process， determine whether the structure of the module itself meets the requirements， so as to ensure the security of the transshipment process and the integrity of the module after transshipment.

Keywords： large living area module； transport； finite element analysis

引言

隨著我國船廠設(shè)計(jì)及建造能力的逐步提升，越來越多的船廠進(jìn)入到海工產(chǎn)品大型模塊的設(shè)計(jì)及建造這一相對高附加值的工程領(lǐng)域。然而由于模塊建造及整船總裝經(jīng)常不在同一船廠進(jìn)行，完工后的大型模塊就需要進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)，因此保證轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的安全性及轉(zhuǎn)運(yùn)后模塊的完整性也就成為了其中一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文即對某大型生活區(qū)模塊的轉(zhuǎn)運(yùn)過程運(yùn)用有限元軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評估，以確定其轉(zhuǎn)運(yùn)方案的安全性及適用性。

1 某大型生活區(qū)模塊簡介

本文中的大型生活區(qū)模塊甲板及圍壁為板加筋結(jié)構(gòu)，全部采用屈服極限為235兆帕的普通鋼材。整個生活區(qū)共6層，總重量為1436.762噸，包括鋼結(jié)構(gòu)，設(shè)備及所有舾裝重量。

2 轉(zhuǎn)運(yùn)方案簡介

本大型生活區(qū)模塊采用干拖方式完成轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)，即將模塊裝在運(yùn)輸船上運(yùn)到總裝船廠。轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的綁扎及封固方案如圖1所示。

3 有限元計(jì)算簡介

3.1 模型及邊界條件

根據(jù)綁扎及封固方案，可以將對生活區(qū)模塊的強(qiáng)度校核簡化分為兩部分單獨(dú)進(jìn)行，首先單獨(dú)校核生活區(qū)上部眼板區(qū)域的強(qiáng)度，使用綁扎繩索的破斷載荷，以確保此區(qū)域不會被拉壞，而由于本方案中使用的是生活區(qū)吊裝所用吊耳，此區(qū)域已加厚加強(qiáng)，經(jīng)加力簡單校核，強(qiáng)度冗余較大，因此本文中將不介紹這部分校核方法；然后校核模塊底部封固區(qū)域及整個模塊的強(qiáng)度，不考慮綁扎繩索的影響，以下內(nèi)容即為介紹這部分校核方法。

本文使用FEMAP有限元計(jì)算軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，模型包括生活區(qū)模塊各層甲板及所有鋼圍壁結(jié)構(gòu)，使用500毫米×500毫米板單元，加強(qiáng)筋使用梁單元，如圖2所示。模型坐標(biāo)系為：X軸-縱向，朝船首為正；Y軸-橫向，朝左舷為正；Z軸-垂向，朝上為正。邊界條件為：模塊底部垂向約束，與橫向止擋塊接觸位置約束橫向，與縱向止擋塊接觸位置約束縱向。

3.2 計(jì)算載荷及工況

計(jì)算中的主要載荷包括整個生活區(qū)模塊自重（包括甲板及鋼圍壁重量，管系、電纜、內(nèi)裝及設(shè)備所有舾裝重量），風(fēng)載及運(yùn)動加速度載荷。

由于有限元模型僅包含模塊主要的鋼制結(jié)構(gòu)，舾裝設(shè)備材料及非主要鋼制結(jié)構(gòu)未建模，因此生活區(qū)模塊總重量需根據(jù)重量控制報告中數(shù)據(jù)通過等比例放大材料密度的方式施加在模型中。風(fēng)載由運(yùn)輸船所屬的拖航公司根據(jù)航線及運(yùn)輸時間提供，載荷以面載荷的形式施加在模型上。拖航過程中的最大運(yùn)動加速度也由拖航公司經(jīng)過計(jì)算后提供。最終選擇最惡劣的載荷工況組合進(jìn)行強(qiáng)度校核，工況組合如下表1所示。

3.3 分析結(jié)果

本文采用的是WSD方法，許用合成應(yīng)力為材料的屈服極限除以1.67的安全系數(shù)，如下表2中所示為強(qiáng)度校核結(jié)果，合成應(yīng)力最大值發(fā)生在橫搖工況為103.5兆帕，如圖3中所示。

如下圖4中所示為最大變形校核結(jié)果，生活區(qū)最大合成變形值發(fā)生在縱搖工況為22.75毫米。

4 結(jié)束語

（1）通過表2中的強(qiáng)度校核結(jié)果，可以得出結(jié)論：本文所采用的轉(zhuǎn)運(yùn)綁扎封固方案較為合理，生活區(qū)模塊結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求，且冗余較大。

（2）通過圖4中的變形校核結(jié)果，可以得出結(jié)論：在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中最大變形出現(xiàn)在縱搖工況下最上層甲板，且為彈性變形，不會影響模塊的完整性。

（3）本文中的計(jì)算方法對轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的生活區(qū)受力狀態(tài)進(jìn)行了簡化假設(shè)，未將綁扎繩索在橫搖縱搖運(yùn)動中的作用考慮在內(nèi)，因此本文采用的計(jì)算方法較為保守，但也較為方便快捷。

參考文獻(xiàn)：

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