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        滾裝船車輛甲板強度有限元分析

        發布于:2021-10-20 20:37
        有限元分析

               滾裝船是一種能裝載車輛或使用車輛裝卸集裝箱或托盤貨物的專用船舶,它裝載靈活,具有方便、快捷的特點,在中短途海上運輸中發揮著重要作用。但滾裝船也具有穩性差、綁扎要求高的特點;另外由于其裝載車輛的特點,對車輛甲板強度及總橫強度也提出了較高要求,滾裝船的安全性較普通船舶有著更高的要求。由此,于2002年對在渤海灣運營的滾裝船進行了車輛甲板強度及總橫強度的有限元分析工作。
               本文對車輛甲板強度分析工作做一總結。對于象船舶這樣復雜的工程結構,無法直接使用經典的結構力學方法、彈性力學方法、板殼理論等進行計算。雖然各船級社都有簡化的校核方法,但那是以精度為代價的。作為一種行之有效的數值方法,結構有限元分析能更加確切地反映具體船舶結構的特性和細節。而計算機硬件的迅猛發展也為這種計算提供了可能。本文采用著名的大型通用有限元軟件ANSYS進行計算。
               對船體進行有限元分析,必須首先建立有限元模型,它是根據船舶的結構形式、受力情況、精度要求和計算的最終目的,運用結構力學和有限元知識,對實際結構進行簡化,選用適當類型的單元加以模擬而得出的模型。
               由于是計算車輛甲板的局部強度,考慮到計算費用和精度,甲板在縱向上取3個車長(按船舶預計裝載的最大車型),上下各帶一部分舷側構作為計算區段。
               真實反映結構的變形及應力分布狀態,甲板、外板、內底板、縱橫艙壁,以及縱桁材、強橫梁、強肋骨等縱橫骨架的腹板和面板等按空間板殼計算,縱骨、普通橫梁、主肋骨、艙壁扶強材、加強筋等橫剖面尺寸較小的構件取為三維梁單元,并作偏心處理。有限元網格的劃分應根據計算目標和精度的要求,過細會給建模和計算工作帶來困難,過粗又會使計算結果不能表達細部的變形和應力。為了保證計算精度,節省計算時間,本文采用了變網格剖分技術。在應力集中部位和應力梯度較大的部位采用精細的小網格,以真實反映應力集中:如甲板等部位。其它如舷側、縱艙壁、外板等應力變化較緩的部位采用了較大的網格,并注意到不同網格尺寸的平緩過渡。圖1,圖2為其中一條船的局部單元網格圖。
               由于是在整船中選取一部分結構進行計算,在切開處存在著彎矩、剪力、軸力等載荷,合理的做法是在切開處等效施加這些載荷。但因為本文是分析車輛甲板的局部強度,應用圣維南原理,一種替代的方法是在切開處根據實際情況施加約束(限制節點位移)。采用這種方法,在切開舷側的頂部、底部加上垂向和縱向(船長方向)約束,在切出部位前后兩端的甲板平面,限制其橫向(船寬方向)位移。
               車輛甲板除受由于總強度引起的彎曲應力外,主要承受車輛對其的作用和結構自身的重量。車輛對其的作用是通過車輪施加的,這就造成車輛甲板受到的載荷不均勻。從整體上來說,車輛甲板承受的總載荷并不很大,但車輪下面的壓力很大,其它部位不直接承受載荷。所以車輪下面部分結構的變形和應力都會很大。當車輛甲板受到車輛作用時,會發生彎曲變形。支持它們的強橫梁、縱桁、縱骨、橫梁等也隨之彎曲,這是車輛甲板的主要變形。



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