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隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的有限元分析已經(jīng)成為可能。本文采用挪威船級(jí)社(DNV)開發(fā)的大型結(jié)構(gòu)分析程序SESAM軟件，在微機(jī)上對(duì)七萬噸自卸散貨船的貨艙段結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元強(qiáng)度分析。分析中采用的有限元模型共有1萬6千多個(gè)節(jié)點(diǎn)，將近2萬3千個(gè)單元。分析按照英國Lloyd'sRegister的ShipRight中對(duì)船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計(jì)算的指導(dǎo)性文件Structure Design Assessment(SDA)procedure進(jìn)行。通過計(jì)算分析可以看到，船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元計(jì)算在結(jié)構(gòu)模擬、載荷模擬和應(yīng)力校核等方面遇到一些問題。本文對(duì)這些問題作了初步的討論。
七萬噸自卸散貨船是上海船舶研究設(shè)計(jì)院與江南造船廠共同設(shè)計(jì)的新型船舶，其主尺度如下：垂線間長LpP215.00m，型寬B32.20m，型深D19.50m，結(jié)構(gòu)吃水14.2m肋矩50.82m該船舷側(cè)采用雙殼結(jié)構(gòu)。為安裝自卸設(shè)備，其貨艙段的底部結(jié)構(gòu)比較特殊。除貨艙、底邊艙和頂邊艙外，還布置有底中艙。底邊艙和底中艙都有高出雙層底的縱艙壁。雙層底高度僅為1.3米，并且不直接承受貨物壓力。散貨重量直接作用在底中艙、底邊艙的斜頂板和料斗口封板上。貨艙之間由槽形艙壁隔開。貨艙段的結(jié)構(gòu)、載荷都具有左右對(duì)稱性。整個(gè)貨艙段是一個(gè)復(fù)雜的大型空間板、梁結(jié)構(gòu)。圖為該船的典型剖面圖。
采用SESAM軟件中的PREFEM模塊進(jìn)行建模工作。結(jié)構(gòu)的有限元模擬按照Lloyd'sRegister的ShipRightSDAprocedure第三章對(duì)散貨船的規(guī)定進(jìn)行貨艙段模型沿船體縱向包括船中部的一個(gè)貨艙及與之相連的兩個(gè)貨艙的一半長度。利用結(jié)構(gòu)及載荷的左右對(duì)稱性，模型只取船體左半側(cè)。按SDAprocedure的規(guī)定，有限元網(wǎng)格沿船體縱向按肋距劃分，沿船體橫向按縱骨間距或槽形艙壁的槽形間距劃分。船體的各類板、殼構(gòu)件采用4節(jié)點(diǎn)板殼單元模擬。強(qiáng)框架、縱彬等構(gòu)件的高腹板也采用4節(jié)點(diǎn)板殼單元模擬。槽形艙壁每個(gè)槽形的面板和腹板都用一列4節(jié)點(diǎn)板殼單元模擬，雙層底肋板、縱析沿高度方向分成三列4節(jié)點(diǎn)板殼單元模擬。對(duì)甲板、舷頂列板及頂邊艙斜底板、底中艙斜頂板上的縱骨作了合并處理。采用上述有限元模擬的主要目的是保證位移、應(yīng)力的合理分布。雙層底肋板上的開口在建模時(shí)未予模擬，而是在分析計(jì)算結(jié)果時(shí)考慮其影響。頂邊艙、底邊艙和底中艙的小肘板以及平面橫艙壁、肋板、強(qiáng)框架腹板上的加強(qiáng)筋一般也忽略。對(duì)承受水壓力的平面橫艙壁上的加強(qiáng)筋作合并處理。有限元分析采用子結(jié)構(gòu)技術(shù)。將整個(gè)模型分成15個(gè)子結(jié)構(gòu)。各子結(jié)構(gòu)及最后拼裝成的總模型的概況如表所示。貨艙段結(jié)構(gòu)的有限元分析總模型如圖所示。
在貨艙段結(jié)構(gòu)有限元分析中應(yīng)采用能產(chǎn)生最大局部或總體載荷的載荷工況。按照ShipRightSDAprocedure的要求，并考慮到本船的營運(yùn)情況，選用滿載出港、壓載到港兩種工況進(jìn)行分析�？紤]到每種工況下有中拱波峰、中垂波谷兩種波浪條件，最終確定滿載波峰、滿載波谷、壓載波峰和壓載波谷四種工況。四種工況下的裝載情況與相應(yīng)的載荷如表所示。表中的結(jié)構(gòu)自重由SESAM軟件自動(dòng)計(jì)算。考慮到建模時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)所作的簡化，對(duì)自重乘以系數(shù)1.050礦砂壓力按照ShipRightSDAprocedure的規(guī)定計(jì)算，分別從相應(yīng)艙室的頂點(diǎn)算起。舷外海水壓力包括吃水壓力和波浪附加壓力，其中波浪附加壓力按SDAprocedure的規(guī)定計(jì)算。根據(jù)SDAprocedure的規(guī)定，靜水彎矩取模型范圍內(nèi)的最大靜水彎矩或位于船中fl.4L范圍內(nèi)的全船最大靜水彎矩，并乘以系數(shù)1.05。波浪彎矩根據(jù)Lloyd'sRegister規(guī)范計(jì)算，分中拱與中垂兩種情況。以上載荷分為局部載荷與總縱彎曲載荷兩類。計(jì)算時(shí)對(duì)兩類載荷下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)分別進(jìn)行計(jì)算。在分析結(jié)果時(shí)再按SDAprocedure的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行校核。
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