大型生活區模塊轉運的結構強度分析研究

郭俊偉

摘 要：大型生活區模塊在整體建造完工后如總裝廠距離較遠，則需進行遠距離轉場運輸作業，文章主要介紹通過運用有限元計算方法校核在轉運過程中模塊結構的強度，確定模塊本身結構是否滿足要求，以保證轉運過程中的安全性及轉運后模塊的完整性。

關鍵詞：大型生活區模塊；轉運；有限元分析

中圖分類號：U662 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）13-0074-02

Abstract： After the completion of the whole construction of the large living area module， if the distance of the assembly plant is relatively long， it is necessary to carry out the long-distance transposition transportation operation. This paper mainly introduces the use of finite element method to check the strength of the module structure during the transshipment process， determine whether the structure of the module itself meets the requirements， so as to ensure the security of the transshipment process and the integrity of the module after transshipment.

Keywords： large living area module； transport； finite element analysis

引言

隨著我國船廠設計及建造能力的逐步提升，越來越多的船廠進入到海工產品大型模塊的設計及建造這一相對高附加值的工程領域。然而由于模塊建造及整船總裝經常不在同一船廠進行，完工后的大型模塊就需要進行轉運作業，因此保證轉運過程中的安全性及轉運后模塊的完整性也就成為了其中一個關鍵環節。本文即對某大型生活區模塊的轉運過程運用有限元軟件進行結構強度評估，以確定其轉運方案的安全性及適用性。

1 某大型生活區模塊簡介

本文中的大型生活區模塊甲板及圍壁為板加筋結構，全部采用屈服極限為235兆帕的普通鋼材。整個生活區共6層，總重量為1436.762噸，包括鋼結構，設備及所有舾裝重量。

2 轉運方案簡介

本大型生活區模塊采用干拖方式完成轉運作業，即將模塊裝在運輸船上運到總裝船廠。轉運過程中的綁扎及封固方案如圖1所示。

3 有限元計算簡介

3.1 模型及邊界條件

根據綁扎及封固方案，可以將對生活區模塊的強度校核簡化分為兩部分單獨進行，首先單獨校核生活區上部眼板區域的強度，使用綁扎繩索的破斷載荷，以確保此區域不會被拉壞，而由于本方案中使用的是生活區吊裝所用吊耳，此區域已加厚加強，經加力簡單校核，強度冗余較大，因此本文中將不介紹這部分校核方法；然后校核模塊底部封固區域及整個模塊的強度，不考慮綁扎繩索的影響，以下內容即為介紹這部分校核方法。

本文使用FEMAP有限元計算軟件進行結構強度分析，模型包括生活區模塊各層甲板及所有鋼圍壁結構，使用500毫米×500毫米板單元，加強筋使用梁單元，如圖2所示。模型坐標系為：X軸-縱向，朝船首為正；Y軸-橫向，朝左舷為正；Z軸-垂向，朝上為正。邊界條件為：模塊底部垂向約束，與橫向止擋塊接觸位置約束橫向，與縱向止擋塊接觸位置約束縱向。

3.2 計算載荷及工況

計算中的主要載荷包括整個生活區模塊自重（包括甲板及鋼圍壁重量，管系、電纜、內裝及設備所有舾裝重量），風載及運動加速度載荷。

由于有限元模型僅包含模塊主要的鋼制結構，舾裝設備材料及非主要鋼制結構未建模，因此生活區模塊總重量需根據重量控制報告中數據通過等比例放大材料密度的方式施加在模型中。風載由運輸船所屬的拖航公司根據航線及運輸時間提供，載荷以面載荷的形式施加在模型上。拖航過程中的最大運動加速度也由拖航公司經過計算后提供。最終選擇最惡劣的載荷工況組合進行強度校核，工況組合如下表1所示。

3.3 分析結果

本文采用的是WSD方法，許用合成應力為材料的屈服極限除以1.67的安全系數，如下表2中所示為強度校核結果，合成應力最大值發生在橫搖工況為103.5兆帕，如圖3中所示。

如下圖4中所示為最大變形校核結果，生活區最大合成變形值發生在縱搖工況為22.75毫米。

4 結束語

（1）通過表2中的強度校核結果，可以得出結論：本文所采用的轉運綁扎封固方案較為合理，生活區模塊結構強度滿足要求，且冗余較大。

（2）通過圖4中的變形校核結果，可以得出結論：在轉運過程中最大變形出現在縱搖工況下最上層甲板，且為彈性變形，不會影響模塊的完整性。

（3）本文中的計算方法對轉運過程中的生活區受力狀態進行了簡化假設，未將綁扎繩索在橫搖縱搖運動中的作用考慮在內，因此本文采用的計算方法較為保守，但也較為方便快捷。

參考文獻：

[1]中國船級社.鋼質海船入籍規范[S].中國：中國船級社，2015.

[2]中國船級社.海上拖航指南[S].中國：中國船級社，1997.