108 m甲板貨船總縱強度直接計算分析

高茂進(jìn)，吳 介

(1.連云港市地方海事局, 江蘇 連云港 222004；2.江蘇科技大學(xué), 江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

108 m甲板貨船總縱強度直接計算分析

高茂進(jìn)1，吳 介2

(1.連云港市地方海事局, 江蘇 連云港 222004；2.江蘇科技大學(xué), 江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

以108 m甲板貨船為研究對象，使用Maxsurf 軟件進(jìn)行靜水彎矩、靜水剪力計算，采用挪威船級社SESAM軟件，基于三維線性切片理論對船體的波浪彎矩與波浪切力進(jìn)行預(yù)報，參照《國內(nèi)航行海船建造規(guī)范》(2012)對該甲板貨船進(jìn)行總縱強度校核。計算結(jié)果表明，該甲板貨船總縱彎曲強度、剪切強度與屈曲強度均滿足規(guī)范要求，校核過程對同類型船舶的總縱強度校核具有一定的參考意義。

甲板貨船；總縱強度；波浪載荷預(yù)報

0 引言

甲板貨船由于具有行動相對靈活，便于裝卸，利用率高等特點，在沿海運輸中得到了較為廣泛的應(yīng)用。甲板貨船在甲板上放置貨物，故無需設(shè)置貨艙，同時還能獲得較大的載重量。但較大的載貨甲板通常導(dǎo)致甲板貨船比常規(guī)船寬，不滿足中國船級社《國內(nèi)航行海船建造規(guī)范》(2012)中L/B>5，B/D≤2.5的條件，該類船舶屬于超肥大淺吃水型超規(guī)范船舶，其強度需要直接計算[1～3]。

對于L≥65 m的船舶應(yīng)按規(guī)范對其總縱強度進(jìn)行校核。108 m甲板貨船尺度比為L/B=4.02<5，B/D=3.79>2.5，不滿足中國船級社《國內(nèi)航行海船建造規(guī)范》(2012)的適用條件，故需要對其總縱強度進(jìn)行直接計算分析，并提交審批。本船總縱強度校核所需靜水彎矩與剪力采用澳大利亞的Maxsurf 軟件計算，波浪彎矩與剪力采用挪威船級社(DNV)的SESAM軟件進(jìn)行計算。文中，L為船長，B為船寬，D為型深。

1 實船概要

108 m甲板貨船主要尺度為：總長108.0 m，水線長103.0 m，垂線間長100.6 m，型寬25.0 m，型深6.6 m，設(shè)計吃水4.9 m，肋距0.6 m，航區(qū)近海。5種計算工況分別為：滿載出港、滿載到港、壓載出港、壓載到港、滿載結(jié)冰出港。

108 m甲板貨船總布置圖如圖1所示。

圖1 108 m甲板貨船總布置圖

2 靜水載荷計算

各工況下的船舶靜水彎矩和剪力使用Maxsurf軟件計算。首先根據(jù)此甲板貨船型線圖使用MaxsurfPro模塊進(jìn)行船體建模，再根據(jù)穩(wěn)性計算書所得數(shù)據(jù)使用HydromaxPro模塊對各工況進(jìn)行分別計算, 所得最大靜水彎矩和剪力絕對值包絡(luò)線圖分別如圖2和圖3所示。

3 波浪載荷直接預(yù)報

本船波浪載荷直接預(yù)報使用挪威船級社的SESAM軟件完成。采用前處理器Patran-Pre完成水動力計算所需要的船體濕表面網(wǎng)格和各工況下的質(zhì)量棒分布模型,再使用WADAM與 POSTRESP模塊分別完成船體波浪動壓力的計算與波浪誘導(dǎo)載荷的長短期預(yù)報。Patran-Pre所畫船體濕表面網(wǎng)格模型如圖4所示。

圖2 最大靜水彎矩絕對值包絡(luò)線圖

圖3 最大靜水剪力絕對值包絡(luò)線圖

圖4 Patran-pre中船體濕表面網(wǎng)格模型

本計算采用的單位量綱為：N·m。坐標(biāo)系統(tǒng)采用右手坐標(biāo)系,X軸向船首為正方向,Y軸向左舷為正方向,Z軸向上為正方向，原點位于各工況下基線與船舶重心垂向位置交點處。采用三維線性切片理論與IACS建議波浪資料進(jìn)行波浪彎矩計算，航速取為0 kn。水動力計算時波浪載荷設(shè)計計算值取10-8概率水平(代表設(shè)計壽命為20 a)。通過SESAM計算可得，波浪垂直彎矩最大值位于船中處，波浪垂直切力最大值位于艏艉1/4船長處。本船最大波浪垂直彎矩與垂直剪力計算結(jié)果列于表1、表2。

表1 最大波浪垂直彎矩計算值

表2 最大波浪垂直剪力計算值

4 結(jié)果分析

4.1 船體彎曲強度校核

根據(jù)結(jié)構(gòu)橫剖面圖，經(jīng)計算舯剖面結(jié)構(gòu)型心高為3.875 m，垂向慣性矩為12.468 m4，甲板剖面模數(shù)4.576 m3，船底剖面模數(shù)3.217 m3，許用彎曲應(yīng)力為175 MPa。靜水彎矩和波浪彎矩的組合最大值出現(xiàn)在滿載到港工況，數(shù)值為425 198 kN·m，則船體梁最大應(yīng)力在船底，其數(shù)值為132.17 MPa，小于許用應(yīng)力175 MPa，因此，彎曲強度滿足《國內(nèi)航行海船建造規(guī)范》(2012)的要求。

4.2 船體剪切強度校核

綜合各計算工況，靜矩為2.5 cm3，最大合成剪力為15 639.00 kN；計算橫剖面對水平中和軸的慣性距為12.467 cm4，舷側(cè)外板和艙壁總厚為54 mm。最大舷側(cè)外板和艙壁的剪切應(yīng)力為47.61 MPa,小于許用剪切應(yīng)力110 MPa，因此，剪切強度滿足《國內(nèi)航行海船建造規(guī)范》(2012)的要求。

4.3 船體屈曲強度校核

根據(jù)《國內(nèi)航行海船建造規(guī)范》(2012)規(guī)定，船長大于90 m的船舶，受船體梁彎曲和剪切應(yīng)力的格板及縱向構(gòu)件還應(yīng)按規(guī)范進(jìn)行屈曲強度校核。分別計算格板和縱骨的工作壓應(yīng)力、理想彈性屈曲應(yīng)力、臨界屈曲應(yīng)力，最后比較是否滿足規(guī)范。經(jīng)計算，船體屈曲強度滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)論

(1)通過直接計算得出：本船的彎曲強度、剪切強度和屈曲強度均滿足《國內(nèi)航行海船建造規(guī)范》(2012)的要求。

(2)通過SESAM計算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),波浪垂向彎矩的最大值一般位于船中處，波浪垂向剪力的最大值一般位于離艏艉1/4 船長處。

(3)本文直接計算所得結(jié)果滿足工程應(yīng)用要求，對于同類型不滿足規(guī)范條件的船舶可參考此方法進(jìn)行總縱強度校核。

[1] 黃敏.3 000 DWT甲板貨船總縱強度計算分析[J].中國水運, 2013,(11):28-29.

[2] 劉磊.內(nèi)河甲板駁船的加寬改裝結(jié)構(gòu)強度研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué),2013.

[3] 宋健.2 500 t起重船總縱強度計算[J].江蘇船舶,2010,27(5):12-14,44.

[4] 中國船級社.國內(nèi)航行海船建造規(guī)范(2012)[M].北京：人民交通出版社,2012.

2013-09-02

高茂進(jìn)(1967-)，男，高級工程師，主要從事船舶檢驗工作；吳介(1991-)，男，碩士研究生，研究方向為海洋結(jié)構(gòu)物水動力分析。

U661.43

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