大型生活區(qū)模塊轉(zhuǎn)運(yùn)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析研究

郭俊偉

摘 要：大型生活區(qū)模塊在整體建造完工后如總裝廠距離較遠(yuǎn)，則需進(jìn)行遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)場(chǎng)運(yùn)輸作業(yè)，文章主要介紹通過(guò)運(yùn)用有限元計(jì)算方法校核在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中模塊結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，確定模塊本身結(jié)構(gòu)是否滿足要求，以保證轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中的安全性及轉(zhuǎn)運(yùn)后模塊的完整性。

關(guān)鍵詞：大型生活區(qū)模塊；轉(zhuǎn)運(yùn)；有限元分析

中圖分類號(hào)：U662 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(guó)船廠設(shè)計(jì)及建造能力的逐步提升，越來(lái)越多的船廠進(jìn)入到海工產(chǎn)品大型模塊的設(shè)計(jì)及建造這一相對(duì)高附加值的工程領(lǐng)域。然而由于模塊建造及整船總裝經(jīng)常不在同一船廠進(jìn)行，完工后的大型模塊就需要進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)，因此保證轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中的安全性及轉(zhuǎn)運(yùn)后模塊的完整性也就成為了其中一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文即對(duì)某大型生活區(qū)模塊的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程運(yùn)用有限元軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評(píng)估，以確定其轉(zhuǎn)運(yùn)方案的安全性及適用性。

1 某大型生活區(qū)模塊簡(jiǎn)介

本文中的大型生活區(qū)模塊甲板及圍壁為板加筋結(jié)構(gòu)，全部采用屈服極限為235兆帕的普通鋼材。整個(gè)生活區(qū)共6層，總重量為1436.762噸，包括鋼結(jié)構(gòu)，設(shè)備及所有舾裝重量。

2 轉(zhuǎn)運(yùn)方案簡(jiǎn)介

本大型生活區(qū)模塊采用干拖方式完成轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)，即將模塊裝在運(yùn)輸船上運(yùn)到總裝船廠。轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中的綁扎及封固方案如圖1所示。

3 有限元計(jì)算簡(jiǎn)介

3.1 模型及邊界條件

根據(jù)綁扎及封固方案，可以將對(duì)生活區(qū)模塊的強(qiáng)度校核簡(jiǎn)化分為兩部分單獨(dú)進(jìn)行，首先單獨(dú)校核生活區(qū)上部眼板區(qū)域的強(qiáng)度，使用綁扎繩索的破斷載荷，以確保此區(qū)域不會(huì)被拉壞，而由于本方案中使用的是生活區(qū)吊裝所用吊耳，此區(qū)域已加厚加強(qiáng)，經(jīng)加力簡(jiǎn)單校核，強(qiáng)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(qū)域及整個(gè)模塊的強(qiáng)度，不考慮綁扎繩索的影響，以下內(nèi)容即為介紹這部分校核方法。

本文使用FEMAP有限元計(jì)算軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，模型包括生活區(qū)模塊各層甲板及所有鋼圍壁結(jié)構(gòu)，使用500毫米×500毫米板單元，加強(qiáng)筋使用梁?jiǎn)卧?，如圖2所示。模型坐標(biāo)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(jì)算載荷及工況

計(jì)算中的主要載荷包括整個(gè)生活區(qū)模塊自重（包括甲板及鋼圍壁重量，管系、電纜、內(nèi)裝及設(shè)備所有舾裝重量），風(fēng)載及運(yùn)動(dòng)加速度載荷。

由于有限元模型僅包含模塊主要的鋼制結(jié)構(gòu)，舾裝設(shè)備材料及非主要鋼制結(jié)構(gòu)未建模，因此生活區(qū)模塊總重量需根據(jù)重量控制報(bào)告中數(shù)據(jù)通過(guò)等比例放大材料密度的方式施加在模型中。風(fēng)載由運(yùn)輸船所屬的拖航公司根據(jù)航線及運(yùn)輸時(shí)間提供，載荷以面載荷的形式施加在模型上。拖航過(guò)程中的最大運(yùn)動(dòng)加速度也由拖航公司經(jīng)過(guò)計(jì)算后提供。最終選擇最惡劣的載荷工況組合進(jìn)行強(qiáng)度校核，工況組合如下表1所示。

3.3 分析結(jié)果

本文采用的是WSD方法，許用合成應(yīng)力為材料的屈服極限除以1.67的安全系數(shù)，如下表2中所示為強(qiáng)度校核結(jié)果，合成應(yīng)力最大值發(fā)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(jié)果，生活區(qū)最大合成變形值發(fā)生在縱搖工況為22.75毫米。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）通過(guò)表2中的強(qiáng)度校核結(jié)果，可以得出結(jié)論：本文所采用的轉(zhuǎn)運(yùn)綁扎封固方案較為合理，生活區(qū)模塊結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求，且冗余較大。

（2）通過(guò)圖4中的變形校核結(jié)果，可以得出結(jié)論：在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中最大變形出現(xiàn)在縱搖工況下最上層甲板，且為彈性變形，不會(huì)影響模塊的完整性。

（3）本文中的計(jì)算方法對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中的生活區(qū)受力狀態(tài)進(jìn)行了簡(jiǎn)化假設(shè)，未將綁扎繩索在橫搖縱搖運(yùn)動(dòng)中的作用考慮在內(nèi)，因此本文采用的計(jì)算方法較為保守，但也較為方便快捷。

參考文獻(xiàn)：

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