24.1米抓斗式挖砂船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元分析

1、    24.1米抓斗式挖砂船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元分析    梁民杰+黃珂摘 要：本文對(duì)某24.1米抓斗式挖砂船的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行有限元分析，對(duì)該船提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)想，供此類船舶設(shè)計(jì)、建造及檢驗(yàn)時(shí)參考。關(guān)鍵詞：抓斗式挖砂船 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 有限元分析1.前言為保證內(nèi)河船舶的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范對(duì)內(nèi)河船舶的主尺度比值有相應(yīng)的規(guī)定，比如對(duì)抓斗式挖砂船要求船長與型深的比值l/d25、船寬與型深的比值b/d7。但是某些抓斗式挖砂船受所在航區(qū)航道條件的限制，以及使用要求的限制，主尺度比值達(dá)不到上述要求，那么按規(guī)范要求就要對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行有限元計(jì)算分析。2.有限元分析某24

2、.1米抓斗式挖砂船主要數(shù)據(jù)如下：總長loa=24.10m水線長lw=20.50m型寬b=12.00m總寬boa=12.10m型深d=1.54m吃水d=0.94m排水量=221.10t航區(qū)：b級(jí)該船結(jié)構(gòu)型式為單底、單舷側(cè)、橫骨架式，其基本結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。該船b/d=12/1.54=7.79，顯然不滿足規(guī)范主尺度比值的要求，所以要對(duì)該船的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行有限元計(jì)算分析。通過msc.patran和msc. nastran有限元程序計(jì)算，得出全船應(yīng)力云圖如圖2所示，變形云圖如圖3所示。計(jì)算得出的結(jié)構(gòu)應(yīng)力及變形值匯總?cè)缟媳硭校焊鶕?jù)計(jì)算結(jié)果可以看出來，本船通過有限元計(jì)算，各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)力水平均滿足結(jié)構(gòu)許用

3、應(yīng)力要求，滿足規(guī)范要求。全船最大變形的僅16.7mm，相對(duì)于全船而言，結(jié)構(gòu)變形也可滿足要求。3.結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)想從計(jì)算結(jié)果可以看到，該船除甲板縱桁的實(shí)際最大應(yīng)力相對(duì)較大外，其它板材、構(gòu)件的實(shí)際最大應(yīng)力是比較小的，遠(yuǎn)低于規(guī)范許用應(yīng)力。所以從降低建造成本方面考慮，該船有些板材、構(gòu)件的結(jié)構(gòu)尺寸是可以適當(dāng)減小的，當(dāng)然前提是必須滿足結(jié)構(gòu)規(guī)范計(jì)算。例如該船船底板結(jié)構(gòu)規(guī)范計(jì)算如下：按鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范§7.3.1.1和§10.3.1.2、§10.3.1.5，船中部船底板厚度t不小于下式計(jì)算之值：、系數(shù)，按骨架型式由表7.3.1.1選取=0.062；=4.4；=0.2n=-0.00

4、05l+0.1282=-0.0005×20.5+0.1282=0.1505該船船底板設(shè)計(jì)板厚為5mm，而結(jié)構(gòu)規(guī)范計(jì)算值為3.1mm，且通過有限元計(jì)算，得出船底板實(shí)際最大應(yīng)力遠(yuǎn)低于規(guī)范許用應(yīng)力，所以筆者認(rèn)為該船船底板板厚減小為4mm，其強(qiáng)度也是可以滿足要求的。4.結(jié)束語通過有限元計(jì)算，該船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是滿足要求的，且該船還可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以降低建造成本。但是筆者認(rèn)為在進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)應(yīng)慎重考慮，應(yīng)在結(jié)構(gòu)規(guī)范計(jì)算和有限元計(jì)算均滿足要求的情況下才能進(jìn)行優(yōu)化。參考文獻(xiàn)：1中國船級(jí)社.鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范，人民交通出版社，2009.2王杰德，楊永謙.船體強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，國防工業(yè)出版，1992.3龍凱，賈長治，李寶峰.patr