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系泊设备支撑结构的有限元分析

发布于:2022-07-12 22:03
有限元分析

      在世界经济高速发展的今天,航运作为最实惠的运输方式,其高速发展的势头也被带动了起来,其中最受欢迎的船舶类型便是散货船,因此它的需求量越来越大。然而,一直以来,散货船的折损问题也一直是船东们一笔损失。众所周知,船舶的拖带与系泊是船舶营运过程中的常用工况,但是此时船体支撑结构与系泊设备受力较大,如果此处的结构强度达不到标准,很容易造成事故,经常会对人身以及财产的安全造成严重的威胁。所以,根据中国船级社通函的要求,需针对性的对此以及其附近的结构进行强度有限元分析
      船上的拖桩、拖缆孔、导缆器等设备,受力最大的时候,莫过于船舶进行拖带、系泊作业的时候。对各拖带以及系泊设备进行一定的强度校核,能有效提高船舶拖带与系泊过程中的安全系数。只要在船舶拖带以及系泊作业工况下,确保拖带和系泊设备能够承受住相应符合,其他工况一般便不需再考虑。因此,也只需要对拖带和系泊设备支撑结构进行建模、计算、强度分析与校核等。
      分析时要考虑两种工况,即拖带工况和系泊工况,而具体的拖带和系泊方式,可能会导致作用在拖带和系泊构件上的载荷不同。由于在船体拖带与系泊的情况下,此处的结构受载同样有差别。然而在计算过程中,为确保安全,我们需要进行的强度校核计算,是对拖带以及系泊结构破坏最大的受载工况。计算得出的结论将会对以后散货船相关结构的设计及其强度分析具有一定的参考意义。
      本船拖带与系泊设备按照中国船级社规范及船东要求配备,系泊部分有各类带缆桩12个,拖带部分有2个拖桩。甲板结构的横梁和纵析相对来说属于强构件,把以上设备尽量均匀的布置在横梁和纵析上,可以使拖带和系泊设备上的复合得到均匀有效的分布。
      建立模型以及计算的整个过程中,涉及到的单位统一用国际标准单位制,涉及到的坐标统一以右手笛卡尔坐标系:
      a)轴指向船舷;
      b)轴指向左舷侧;
      c)轴沿船体垂直甲板向上。结构采用“中国船级社”A级钢构成。计算时,材料的物理特性参数取值如下:弹性模量:E=2.06xe11 N/m2,泊松比0.26,屈服点235Mpa,密度:p=7.85t/m3
      本船系泊设备按中国船级社规范及船东要求配有各类带缆桩12个。由于结构与载荷的对称性,在船首、船中、船尾各选择1个有代表性的带缆桩分别建立模型计算;带缆桩和导缆滚轮布置及对应的模型编号。
      模型4是首部带缆桩,位于肋位229至肋位232之间,总体坐标系位于首楼甲板上表面。
      模型5是中部带缆桩,位于肋位125至肋位127之间,坐标系位于首楼甲板上表面。
      模型7是尾部带缆桩,位于肋位2至肋位5之间。坐标系位于首楼甲板上表面。
      要得到系索和拖索的设计负荷,需要根据三个数据。一是:船舶晒装数,二是:《船级社规范》中相应要求。三是:系索以及拖索的公称破断强度。
      (1)确定设计中系泊、拖带操作时负荷的数值。
      我们可以得到晒装数EN规定的系索和拖索的公称破断负荷,此时的设计数值便取系索和拖索的公称破断负荷的1.25倍。
      (2)设计负荷施加的方式。
      通过依据系泊与拖带布置图显示布置的系索与拖索进行施加。在有限元计算中,所有的计算载荷都通过MPC单元的REB2施加到带缆桩、拖桩受力高度的中心位置。其中,Independent Node为力的作用点;Dependent Node为系泊设备连接船体结构的节点。



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