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系泊設備支撐結構的有限元分析

發布于:2022-07-12 22:03
有限元分析

      在世界經濟高速發展的今天,航運作為最實惠的運輸方式,其高速發展的勢頭也被帶動了起來,其中最受歡迎的船舶類型便是散貨船,因此它的需求量越來越大。然而,一直以來,散貨船的折損問題也一直是船東們一筆損失。眾所周知,船舶的拖帶與系泊是船舶營運過程中的常用工況,但是此時船體支撐結構與系泊設備受力較大,如果此處的結構強度達不到標準,很容易造成事故,經常會對人身以及財產的安全造成嚴重的威脅。所以,根據中國船級社通函的要求,需針對性的對此以及其附近的結構進行強度有限元分析。
      船上的拖樁、拖纜孔、導纜器等設備,受力最大的時候,莫過于船舶進行拖帶、系泊作業的時候。對各拖帶以及系泊設備進行一定的強度校核,能有效提高船舶拖帶與系泊過程中的安全系數。只要在船舶拖帶以及系泊作業工況下,確保拖帶和系泊設備能夠承受住相應符合,其他工況一般便不需再考慮。因此,也只需要對拖帶和系泊設備支撐結構進行建模、計算、強度分析與校核等。
      分析時要考慮兩種工況,即拖帶工況和系泊工況,而具體的拖帶和系泊方式,可能會導致作用在拖帶和系泊構件上的載荷不同。由于在船體拖帶與系泊的情況下,此處的結構受載同樣有差別。然而在計算過程中,為確保安全,我們需要進行的強度校核計算,是對拖帶以及系泊結構破壞最大的受載工況。計算得出的結論將會對以后散貨船相關結構的設計及其強度分析具有一定的參考意義。
      本船拖帶與系泊設備按照中國船級社規范及船東要求配備,系泊部分有各類帶纜樁12個,拖帶部分有2個拖樁。甲板結構的橫梁和縱析相對來說屬于強構件,把以上設備盡量均勻的布置在橫梁和縱析上,可以使拖帶和系泊設備上的復合得到均勻有效的分布。
      建立模型以及計算的整個過程中,涉及到的單位統一用國際標準單位制,涉及到的坐標統一以右手笛卡爾坐標系:
      a)軸指向船舷;
      b)軸指向左舷側;
      c)軸沿船體垂直甲板向上。結構采用“中國船級社”A級鋼構成。計算時,材料的物理特性參數取值如下:彈性模量:E=2.06xe11 N/m2,泊松比0.26,屈服點235Mpa,密度:p=7.85t/m3。
      本船系泊設備按中國船級社規范及船東要求配有各類帶纜樁12個。由于結構與載荷的對稱性,在船首、船中、船尾各選擇1個有代表性的帶纜樁分別建立模型計算;帶纜樁和導纜滾輪布置及對應的模型編號。
      模型4是首部帶纜樁,位于肋位229至肋位232之間,總體坐標系位于首樓甲板上表面。
      模型5是中部帶纜樁,位于肋位125至肋位127之間,坐標系位于首樓甲板上表面。
      模型7是尾部帶纜樁,位于肋位2至肋位5之間。坐標系位于首樓甲板上表面。
      要得到系索和拖索的設計負荷,需要根據三個數據。一是:船舶曬裝數,二是:《船級社規范》中相應要求。三是:系索以及拖索的公稱破斷強度。
      (1)確定設計中系泊、拖帶操作時負荷的數值。
      我們可以得到曬裝數EN規定的系索和拖索的公稱破斷負荷,此時的設計數值便取系索和拖索的公稱破斷負荷的1.25倍。
      (2)設計負荷施加的方式。
      通過依據系泊與拖帶布置圖顯示布置的系索與拖索進行施加。在有限元計算中,所有的計算載荷都通過MPC單元的REB2施加到帶纜樁、拖樁受力高度的中心位置。其中,Independent Node為力的作用點;Dependent Node為系泊設備連接船體結構的節點。



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