基于多支點接觸的運輸船結構強度分析

褚偉波　馬成良

摘 要：本文立足于海上重大件運輸的實際，利用有限元分析軟件對港珠澳大橋分段運輸船的結構強度進行有限元分析。計算從具體海況的實際出發，在分析多支點反力的時候，考慮了中垂和中拱這兩種極端惡劣的情況。 為重大件海上運輸課題拓寬了思路。

關鍵詞：重大件 多支點 有限元分析

貨物裝載信息

每船運輸3段鋼橋分段，每段鋼橋底部對應強結構分別有18道枕木支撐。

運輸船船長225米，船寬40米，型深13.5米，航行吃水為8.5米。

鋼橋分段每段重2500噸，長110米，寬33.1米，高4.5米。

有限元模型

取整個甲板所在艙段進行建模分析。

約束和載荷加載

1、約束加載

船長兩端進行全約束。

2、載荷加載

主要考慮三種載荷：加速度載荷、鋼橋分段產生的載荷、壓載水及波浪產生的靜載。

2.1加速度計算

加速度的計算考慮了如下幾個方面

2.1.1氣象導航

航行過程中由WINI公司全程提供氣象導航信息，確保運輸船在設計海況條件內航行。

2.1.2環境參數

a航線：

啟航海域：上海

到達海域：珠海（廣東）

經過海區：28，40，41航行日期：11年5月～11月

b 環境數據：

根據航行線路和BMT公司提供的海區海浪譜數據，預計整個航線中最惡劣的海區為南中國海（40區），而40海區在5到11月期間，最惡劣的季節為9到11月份。據此，以40海區11月份的海浪譜作為極限氣象條件進行海運計算。

2.2鋼橋分段對船體的壓力

通過對簡化的鋼橋分段及船體進行有限元分析，計算分中垂及中拱兩種工況進行，然后分別由計算結果中提取的節點力，得到鋼橋分段對船體的下壓力。

有限元模型如圖5所示。其中：船體和鋼橋分段用beam188模擬，截面為等效截面，密度為等效密度。中間枕木連接用link10模擬，只承受壓力。

2.2.1約束加載

中垂：對船體梁兩端進行垂向約束。

中拱：對船體梁中部進行垂向約束。

2.2.2載荷加載

除了受到各項加速度之外，還需考慮船體的鋼結構重量分配、滿足航運穩性配載的壓載水以及燃油等重量的分配、中垂及中拱海況下的海水對船底部的浮力分配。最后，把以上各因素等效成船體梁單元的密度，加載到模型中去。

由于貨物重量分布和運輸船在航行過程中的變形導致受力不均。大跨度，多支點接觸的海上運輸的設計一直是一個的難點。本文利用有限元對多支點鋼橋進行等效建模，有利于方案的制定及調整，且便捷高效。同時，也給相關設計和計算提供了方法上的借鑒。

參考文獻：

[1] 邊文鳳 白光輝 吳忠友 張崇杰 不同船體結構形式在波浪載荷下的結構性能比較 船舶力學

（作者單位：上海振華重工（集團）股份有限公司，完成時間：2015年06月02日，職務：設計主管）