某打樁船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計算與分析

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1、唐春麗，等：某打樁船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計算與分析·19·某打樁船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計算與分析唐春麗，吳建國，李永正(江蘇科技大學(xué)’船建學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212003)中縱剖面。坐標(biāo)系詳見圖1所示。提要針對某50m打樁船進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計算與分析。按照《鋼質(zhì)海船入級與建造規(guī)范》(2006)要求，利用結(jié)構(gòu)分析軟件ANSYS程序進(jìn)行計算。結(jié)果表明該船體應(yīng)力值滿足相關(guān)規(guī)范要求，具有足夠的強(qiáng)度。關(guān)鍵詞打樁船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度靜水剪力靜水彎矩中圖分類號U662文獻(xiàn)標(biāo)識碼Al前言一艘船舶從建造下水到退役的整個生命周期中，會遭受到各種外力作用。因船體本身細(xì)長的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對于船體結(jié)構(gòu)安全

2、起全局性和決定性影響的是船體的縱向強(qiáng)度l1】。船體強(qiáng)度是否符合規(guī)范要圖1有限元模型及坐標(biāo)系示意圖求，是否存在不可忽視的不安全因素，是設(shè)計人員必R為繞z軸的轉(zhuǎn)角，R為繞Y軸的轉(zhuǎn)角，R為須重視的課題。根據(jù)某50m打樁船的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用結(jié)構(gòu)設(shè)計繞軸的轉(zhuǎn)角。軟件ANSYS計算了兩種工況下的彎曲強(qiáng)度和剪切2．2有限元模型強(qiáng)度。最后將結(jié)構(gòu)中的最大應(yīng)力與材料的許用應(yīng)力本船有限元模型是板梁結(jié)合的空間3D模型。進(jìn)行比較，來確定該船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否滿足規(guī)范要求。模型采用了2D平面有限單元和3D線有限單元。該船的主要尺度見表1。由于船體結(jié)構(gòu)對稱于中縱剖面，所以可

3、以考慮半個船體剖面。模型各部分的建模方法具體如下。表1船體基本數(shù)據(jù)甲板采用2D平面單元建模；甲板縱桁和高應(yīng)總長水線長型寬型深設(shè)計吃水肋距樁腿(rn)(Il1)(m)(m)(m)(m)(根)航區(qū)力區(qū)域的縱骨以及甲板強(qiáng)橫梁均采用3D梁單元；甲板平面內(nèi)其他區(qū)域的縱骨換算為甲板的相當(dāng)5O．45O．422．43．01．3O．64沿海厚度。本船共有84個肋位，共有5個橫艙壁。距中縱艙底板采用2D平面單元建模；艙底板縱桁和剖面3850ram和7900mm處各有一貫穿全船的縱重點(diǎn)分析區(qū)域的縱骨以及艙底板強(qiáng)橫梁均采用3D艙壁。線單元；艙底板平面內(nèi)非重點(diǎn)分

4、析區(qū)域的縱骨換算為艙底板的相當(dāng)厚度。2計算模型各縱艙壁采用2D平面單元建模；各橫艙壁采2．1坐標(biāo)系選取用2D平面單元建模；各艙壁垂直桁采用3D線單元坐標(biāo)系統(tǒng)的原點(diǎn)取在甲板面與#0肋位弦側(cè)面建模；重點(diǎn)分析區(qū)域內(nèi)的艙壁扶強(qiáng)材也采用3D線的交點(diǎn)處。方向為縱向，由船艉指向船艏；方向為單元，非重點(diǎn)分析區(qū)域內(nèi)的艙壁扶強(qiáng)材均換算為艙豎向，由基線指向甲板；方向為橫向，由舷側(cè)指向壁的相當(dāng)厚度。支柱采用3D線單元建模。象鼻梁結(jié)構(gòu)均采用作者簡介：唐春麗(1977一)，女，講師。2D平面單元建模。·20·造船技術(shù)2009年第6期(總第292期)用于船體結(jié)構(gòu)分析

5、的一個3D有限元模型及其+況1，I=}—h．．—●l=況2坐標(biāo)系如圖1所示。本模型總節(jié)點(diǎn)數(shù)為6178，單元．—數(shù)為6675。．．2．3邊界條件¨三2．3．1工況1／_丁況1為直立打樁，平臺柱腳不觸地。整個計／算模型的邊界條件如下(1)船中縱剖面處各個節(jié)點(diǎn)橫向位移以及繞-r軸和繞Y軸的轉(zhuǎn)角尺和R為零；圖2工況1和工況2各站靜水剪力(2)#0肋位的橫艙壁與中縱剖面的交線的下+1況1+I況：端點(diǎn)的三個方向的線位移為零；Z弋．(3)#84肋位的橫艙壁與縱中剖面的交線的下^舞／＼端點(diǎn)的y方向和z方向的線位移為零。l——＼．＼：穗(4)#O肋位的橫

6、艙壁與距縱中剖面7900mP／lI＼＼的縱艙壁的交線的下端點(diǎn)的方向線位移為零。l7，．2．3．2工況2l23456789l0I1l!I3l4I5l6l7l8l9202122站

7、}工況2為前傾12。打樁，平臺柱腳觸地。整個計算模型的邊界條件如下。圖3工況1和工況2各站靜水彎矩O0OO0OO圖3顯示，船體所受的最大靜水彎矩是工況2伽(1)船中縱瑚剖枷面處㈣各個節(jié)點(diǎn)橫∞㈣向∞位∞移以∞及∞繞∞㈨O時的靜水彎矩，其值為4．8868×10kN·m，處于靠軸和繞Y軸的轉(zhuǎn)角R和R為零；近船首區(qū)域的65號肋位，此時船體處于中拱狀態(tài)。(2)#0肋位的橫艙

8、壁與中縱剖面的交線的下并且兩種工況的剪力零點(diǎn)和彎矩最大值相對應(yīng)。端點(diǎn)的方向的線位移為零；3．2剖面模數(shù)計算(3)前、后樁腳處船體結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的方向線位移根據(jù)圖紙可得船體中剖面的剖面模數(shù)如下。為零。(1)甲板、艙底慣性矩2．4載荷除浮力和船體結(jié)構(gòu)重量外，樁架、舾裝、壓載水I一[B·f。十(導(dǎo))·A]×2作用在船體的力分別換算成相應(yīng)位置的已知載荷?！?0．08X10”mill工況1時樁架作用于船體的力為，前腿向下(2)側(cè)慣性矩240t，后腿向下293t，平臺柱腳不觸地，不提供支撐I3一[·f·d。]×2—4．5×10mm力。況2時樁架作用于船體

9、垂直方向的力為：前腿向下610t，后腿向上656t，平臺柱腳觸地，提供支(3)角鋼(I14OX9OX8)慣性矩?fù)瘟?。f。一[J+A×(一10—95)。]×483相關(guān)計算結(jié)果分析—1．68×10”mm(4)T