單底雙舷內河貨船橫向強度有限元直接計算分析

摘 要:本文以具有代表性的內河57米單底雙舷一般散貨船為研究對象，針對該船舶艙口長度超出《鋼質內河船舶建造規范(2009)》要求的問題，對船舶的橫向強度進行有限元直接計算，計算結果表明，該船橫向強度滿足規范中對船舶結構應力的要求，為《規范》的修訂及此類船舶的結構設計提供參考。

關鍵詞:橫向強度散貨船規范有限元

中圖分類號:U663.8文獻標識碼:A文章編號:1672-3791 (2010)7(c)-0114-02

1 引言

目前，隨著我國經濟建設及國內貿易發展的需要，內河航運業日趨發達，長江、運河等內河對40～60m的小型內河船舶需求量很大，長江沿岸如寧揚泰地區各船廠應市場需求正大量接受訂單，僅揚州地區目前建造此類小型內河船舶就達1000艘以上。鑒于長江及京杭運河里運輸貨物的實際情況，船東主觀上希望貨艙開口盡可能長，這樣可以擴大運輸貨物的范圍，如鋼材、建筑構件等較長的貨物。使船舶的適運性大大增加，進而提高經濟效益。但是由于此類船舶大都屬小型船舶，船長本來就較小，如果按照規范要求設置雙向橫桁架，艙口長度必然受到較大影響，往往不能滿足船東裝運上述特殊貨物的要求。因此，一些此類小型單底單舷內河貨船的艙口長度超出了中國船級社《鋼質內河船舶建造規范(2009)》[1](下簡稱09《規范》)的要求，其橫向強度是否能夠滿足是一個船舶設計過程中亟待解決的問題。為了驗證貨艙艙口長度超出規范要求的船舶是否符合強度要求，需要運用有限元直接計算方法對該類船舶進行研究，以驗證實際所取構件強度是否滿足強度要求[2]。

2 有限元直接計算

2.1 主尺度及結構形式

本文選取一條按照09《規范》進行結構規范設計的船舶，船舶主要構件尺寸如板厚、型材大小等均滿足規范要求，但貨艙艙口長度超出規范要求。該船總長為57.00m，兩柱間長為55.30m，型寬為10.50m，型深為3.80m，吃水為3.15m的內河典型貨船作為研究對象。本船貨艙與首尾區域均采用橫骨架式結構，#23～#100處設置雙殼結構，其余為單殼結構，單底。全船尾部、中部和首部肋距為500mm。

2.2 有限元模型

利用大型通用軟件[3]MSC.Nastran進行船體結構強度有限元直接計算，據中國船級社09《規范》中關于 “船舶橫向強度計算”的規定，本船有限元模型范圍為船舶的#20～#103，之間位于 #23與#100處設置兩道全通橫艙壁。有限元模型如圖1。

2.3 邊界條件

在一舷的橫艙壁與船底交線的端部節點上和實肋板端部節點上施加橫向、垂向線位移約束，即;在另一舷的橫艙壁與船底交線的端部節點上和實肋板端部節點上施加垂向線位移約束，即。在模型一端面所有節點上施加縱向、橫向、垂向線位移約束，即;另一端面所有節點上施加橫向、垂向線位移約束，即。

2.4 載荷施加

校核橫向構件時有限元模型需要施加的載荷包括:舷外水壓力、貨物重量、結構自重。其貨物重量選取最危險工況——滿載出港。艙段整體載荷加載圖如圖2及圖3所示。

3 計算結果

對船體中部艙段進行有限元計算，可得該艙段各個部位處的應力值，計算結果見圖4-圖6，根據09《規范》關于船舶直接計算許用應力的要求，對各構件許用應力與實際應力進行比較，比較結果列于表1中。

4 結論

經過有限元直接計算，可以看出，雖然該船艙口長度超出《鋼質內河船舶船建造規范》(2009)對于艙口長度的限制要求，有限元直接計算結果表明該船各主要構件結構強度仍然滿足，說明規范在這方面的規定偏于保守，有進一步修訂的空間。在遇到類似“超規范”船舶，利用有限元進行直接計算是一種準確、科學的船體結構強度評估方法。

參考文獻

[1]中國船級社．鋼質內河船舶建造規范[M].北京:人民交通出版社，2008.

[2]邱建新，梁耀志.橫向強度對大艙口貨船的影響[J].船舶，2008(4)

[3]MSC.Corporation.MSC.Patran Manual．1999(1)．