郑欣彬;张汇平
【摘 要】根据散货船共同结构规范的要求，对87000t散货船进行了直接强度计算的研究。论述了该船的计算过程，以重压载舱为例，按规范计算得到结构尺寸，建立舱段有限元模型，进行直接计算，对计算结果中不满足要求的构件进行修改，最终得到满足规范要求的构件尺寸。%The direct strength calculation of a 87 000 t bulk carrier is carried out based on the Common Structural Rules for Bulk Carriers. Taking the heavy ballast tank as an example, this paper elaborates the calculation process of the ship by initially obtaining the structure dimensions according to regulations, then the compartment finite element model is generated for direct calculation; the structure components that fail to meet the requirements are modified; consequently, the components dimensions that can satisfy the regulation are obtained.
【期刊名称】《船舶与海洋工程》
【年(卷),期】2012(000)002
【总页数】6页(P16-20,31)
【关键词】散货船;共同结构规范;直接计算;结果分析：结构修改
王乐乐杨清柠【作 者】郑欣彬;张汇平
【作者单位】上海交通大学,上海200030;沪东中华造船（集团）有限公司,上海200129
【正文语种】中 文
【中图分类】U674.134
0 引 言
散货船是国际航运市场的主力船型，散货船运输占货物运输的30%以上[1]。87000t散货船是在原有系列散货船基础上，根据国际航运市场需要而设计开发的，满足共同结构规范[2]（CSR）要求的Post-Panamax型双壳散货船。
笔记本屏幕闪烁1 船型概述
87000t散货船为单机、单桨、球鼻艏、方艉型的双壳散货船，满足共同结构规范要求，按符合BC-A附加营运特性标志进行设计。全船共有7个货舱，其中No.1、3、5、7为重货舱，No.2、4、6为指定空舱组合，No.4货舱兼作风暴压载舱。
共同结构规范的实施使得满足新规范要求的散货船相比以前用钢量有了明显的增加，该船为双壳散货船，将进一步增加空船重量，因此要提高该型船的综合性能和市场竞争力，对结构重量的控制显得尤为重要。
新年 祝福该船主要参数如下：
百慕大三角区总 长： 229.00m
垂线间长： 221.00m
结构船长： 218.25m
型 宽： 36.80m
重阳节说说型 深： 19.90m
设计吃水： 12.50m
结构吃水： 14.20m
航 速： 14.50kn
载 货 量： 87000t
2 共同规范新要求
散货船共同结构规范新的技术要点包括净尺寸方法、等效设计波、船体梁极限强度、直接计算分析、疲劳、屈曲等。对于不同的强度计算采用不同的腐蚀余量模型，使得计算更加科学；通过等效设计波确定的船体载荷更为合理；极限强度计算和直接计算使结构强度更加明确，能更好地适应大型及非常规船的设计；疲劳强度要求的增加保证了船舶寿命期的安全性。
3 船体结构设计
在设计的初始阶段，把全船重量控制作为主要目标之一，在主船体范围内全部采用纵骨架
式结构，并尽可能向艏艉延伸，合理布置结构构件，在船体梁的上下缘应力较大的区域使用高强度结构钢材。在舱室布置上，将其中的一个燃油舱布置在No.3和No.7货舱顶边舱，并设置了双壳保护，降低了船体梁弯矩，有利于空船重量的控制。
根据永久性检验通道[3]的要求，边舱的纵桁与甲板、纵桁与底部之间的距离如大于6m，必须设置永久性的水平检验通道。为此，在确定横剖面结构形式时，结合现有横剖面轮廓尺寸，合理布置结构位置，确保纵桁与甲板、底部之间的距离小于 6m，既满足了规范要求，又避免布置永久性检验通道，有效控制了空船重量和材料成本，提高了载重量指标。
4 载荷确定
在计算过程中，船体中部区域的中拱及中垂设计静水弯矩按共同结构规范要求以及在总体的初步装载手册的基础上加 5%的余量选取。采用中国船级社 JBP_SDP[4]设计软件进行结构规范尺寸的计算。腐蚀余量是根据模型定义的舱室情况，由软件进行扣除。在建立计算模型时，分别建立了重压载舱、重货舱以及轻货舱模型。构件强度校核时考虑了完整工况、进水工况和试验工况。规范计算过程中对船体外壳纵骨的疲劳寿命也进行校核。设计过程中采用溢流法压载水管理计算对结构的影响。
5 船体梁强度计算
船体梁横剖面主要由对船体梁纵向强度起作用的连续纵向构件组成，在对船体梁进行屈服强度校核、极限强度校核及板材普通扶强材和主要支撑构件强度校核中的船体梁应力计算时，这些构件应采用基于总厚度减去0.5ct（ ct：构件总腐蚀增量，mm）后提供的净尺寸；在板格的屈曲计算时，构件应采用基于总厚度减去 ct后提供的净尺寸。
按照中国船级社规范计算软件CCS-SDP进行计算确定初步结构尺寸，简要计算过程如图1-3所示。
图1 中剖面特性及构件尺寸计算（重压载舱）
图2 横舱壁构件尺寸计算
在计算船体梁极限强度时，按照共同结构规范的要求考虑了完整状态、港内状态和进水状态3种工况，分别包括中垂和中拱状态下的情况。
在材料选用方面，上甲板区域纵向构件采用 AH36高强度钢，其余区域纵向构件采用AH32
高强度钢或普通钢；槽型横舱壁采用AH36高强度钢,其余横向构件采用AH32高强度钢或普通钢。全船高强度钢比例约为70%。
在初步完成中剖面特性和结构尺寸计算并进行优化后，再分别选择货舱区两端几个典型剖面进行结构尺寸的计算。初步确定了87000t散货船货舱区域基于共同规范的结构尺寸，为下一步的直接强度计算奠定基础。
图3 船体梁极限强度计算
6 有限元分析
6.1 有限元模型及边界条件
由于BC-A散货船装载的特殊性，根据共同规范的要求，建立了3个三舱段三维模型，分别用于考察重压载舱、重货舱以及轻货舱。先采用MSC Patran软件建立基于建造尺寸三舱段有限元模型：扶强材以梁单元和杆单元建模，主要支撑构件的腹板加强筋和面板以杆单元建模，板以壳单元建模，并采用线性四边形单元和三角形单元；网格尺寸等于纵骨间距和舷侧肋骨间距，双壳主要构件在粗网格阶段划分2个单元，双底主要构件（纵桁、实肋板）
在高度方向划分为3个单元。
87000t散货船首制船入英国劳氏船级社，因此将建好的有限元模型导入到英国劳氏船级社的ShipRight SDA计算程序，进行腐蚀尺寸的扣除、舱室定义、载荷施加、计算求解以及相关后处理。
书中自有颜如玉是谁说的三舱段模型建立后，选取了中间货舱为重压载舱的模型进行分析，见图4。模型两端按表1和表2要求简支。端部两剖面的纵向构件节点与位于中心线上中和轴处的独立点刚性关联，见表1。两端独立点按表2约束。
表1 两端的刚性关联* 指与独立点的相关自由度刚性关联。模型两端的纵向构件节点 Dx Dy Dz Rx Ry Rz所有纵向构件 *RL RL RL － － －平 移 旋 转
表2 独立点的支撑条件独立点的位置 Dx Dy Dz Rx Ry Rz模型后端的独立点 － 约束 约束 – － －平 移 旋 转模型前端的独立点 约束 约束 约束 约束 – –
6.2 屈服与屈曲评估
评估范围仅对中货舱的构件包括横舱壁结构。参考应力为有限元分析中得到的平面单元（壳或膜）的中心合成应力（Von Mises相当应力），或线单元（杆或梁）的轴向应力。
三舱段粗网格模型模拟了底部肋板为满足安全通道要求的600mm×800mm的开孔，其他没有模拟的开孔宽度超过400mm的孔，如纵桁上的开孔，ShipRight SDA程序通过剪切板架调整剪切应力的办法进行适当修正，见图5~12。许用应力：235/K N/mm2，K为材料系数。
发布评论