70000 噸散貨船氣囊下水靜力計算分析報告

1、70000 噸散貨船氣囊下水靜力計算分析報告目錄1.前言 41.1該船的主要特征 41.2計算分析依據(jù)的圖紙及文件 41.3計算采用的軟件 42.有限元模型的建立 42.1模型范圍 42.2坐標系及量綱 52.3結(jié)構(gòu)模型化 52.4網(wǎng)格控制 52.5材料特性 62.6有限元模型簡述 63.載荷與邊界 83.1計算工況 83.2模型中所施加的載荷 83.3邊界條件 94.計算結(jié)果 94.1肋板 94.2縱桁 104.3外板 105. 總結(jié) 116. 計算結(jié)果圖片 116.1Fr115 肋板 116.2Fr118 肋板 126.3Fr121 肋板 136.4Fr124 肋板 146.5Fr127

2、肋板 156.6Fr130 肋板 166.7CL.11912SB 縱桁 176.8CL.8632SB 縱桁 186.9CL.6172SB 縱桁 196.10CL.3712SB 縱桁 206.11CL.1252SB 縱桁 216.12CL.1252PS 縱桁 226.13CL.3712PS 縱桁 236.14CL.6172PS 縱桁 246.15CL.8632PS 縱桁 256.16CL.11912PS 縱桁 266.17外板 27附件 30A.端部彎矩和剪力計算 30B.3#70000 船氣囊下水工藝（2010.11） 341. 前言本報告根據(jù)山東省昌林船舶氣囊與靠球技術(shù)研究中心提供的3#70

3、000船氣囊下水工藝（2010.11）文件以下簡稱工藝，用有限元方法做了相應靜力計算，本文所作計算不考慮動載荷和沖擊載荷對船體結(jié)構(gòu)的影響，也無法考慮實際操作中的一些其它因素的影響。所作計算僅供中國船級社參考之用。1.1 該船的主要特征70000噸散貨船的主尺度如下：總長 LOA：222.00米垂線間長 LPP：216.20米結(jié)構(gòu)船長 LS：213.27米型寬 B：32.26米型深 H：18.00米結(jié)構(gòu)吃水TS：13.00米服務航速Vmax：13.8節(jié)方形系數(shù)CB：0.8971.2 計算分析依據(jù)的圖紙及文件SC4582-010-04橫剖面圖SC4582-110-05基本結(jié)構(gòu)圖SC4582-110

4、-06外板展開圖SC4582-112-02雙層底結(jié)構(gòu)圖SC4582-111-02舷側(cè)結(jié)構(gòu)圖SC4582-121-03橫艙壁結(jié)構(gòu)圖1.3 計算采用的軟件計算中，采用MSC/Patran建立模型、施加載荷及顯示應力和變形結(jié)果，計算分析采用MSC/Nastran進行。2. 有限元模型的建立2.1 模型范圍氣囊下水靜力計算，采用三維有限元模型對散貨船主要構(gòu)件進行強度直接計算時，模型范圍為船中貨艙區(qū)的1/2個貨艙+1個貨艙+1/2個貨艙，垂向范圍為船體型深，強度評估采用中間一個貨艙（含艙壁的）的結(jié)果。由于本船重心位于第4艙，故選用1/2個3貨艙+1個4貨艙+1/2個5貨艙的全寬模型為本次建模的范圍，即F

5、R91FR164。2.2 坐標系及量綱模型全局坐標系的X方向為船長方向，指向船艏；Y方向為船寬方向，自中縱剖面指向左舷；Z方向為型深方向，自基線指向甲板。模型全局坐標系的原點位于FR0、縱中剖面、基線處。結(jié)構(gòu)模型的建立和載荷施加過程中采用毫米單位制（SI-mm）,單位定義如下:質(zhì)量：噸（t）長度：毫米（mm）時間：秒（s）力：牛頓（N）應力：兆帕（MPa）壓力：牛頓每平方毫米（N/mm2）2.3 結(jié)構(gòu)模型化圖紙中所述的所有主要構(gòu)件均在有限元模型中建模。有限元網(wǎng)格邊界盡可能的模擬實際結(jié)構(gòu)的扶強材排列規(guī)律，并盡可能的表示扶強材之間的板格真實幾何形狀。結(jié)構(gòu)尺寸采用船舶建造厚度。模型中船體的外板、甲板

6、、船底板、強框架、縱向列板、舷側(cè)肋骨高腹板以及槽形艙壁、壁凳和凳內(nèi)隔板均采用4節(jié)點板殼單元模擬，在高應力區(qū)和高應力變化區(qū)盡量避免使用三角形單元。對于承受水壓力和貨物壓力的各類板上的扶強材用梁單元模擬，并考慮偏心影響。縱桁、肋板上的加強筋，肋骨和軸板等主要構(gòu)件的面板和加強筋用桿單元模擬。當遇到網(wǎng)格布置和大小劃分比較困難時，部分區(qū)域上的線單元用一根代替多根，或線單元位置和實際的加強筋布置有一定的錯位。2.4 網(wǎng)格控制不與氣囊接觸的船體結(jié)構(gòu)有限元網(wǎng)格參考CCS散貨船有限元強度直接計算指南要求，沿船殼橫向按縱骨間距或類似的間距劃分，縱向按肋骨間距或類是間距大小劃分，網(wǎng)格形狀接近正方形。船底縱桁和肋板在

7、垂直方向上布置3個單元。每個槽型艙壁的腹板和翼板劃分為一個板單元，在槽型艙壁下端接近底凳處的板單元和凳板的臨近單元其長寬比盡量為1。與氣囊接觸的船體結(jié)構(gòu)使用1/2縱骨間距，并考慮相鄰結(jié)構(gòu)的單元協(xié)調(diào)性。其中Fr122與Fr126位置處使用100X100有限元網(wǎng)格，并考慮相鄰結(jié)構(gòu)的單元協(xié)調(diào)性。2.5 材料特性70000噸散貨船貨艙段結(jié)構(gòu)由普通鋼及高強度鋼構(gòu)成，計算中取材料的物理特性參數(shù)如下:揚氏模量 E:泊松比:密度:2.06 105 N / mm 20.37.8510-9 t / mm3材料系數(shù) k:普通鋼為 1；H32 為 0.78；H36 為 0.72。2.6 有限元模型簡述有限元模型如下圖

8、所示：圖 1，有限元模型總攬圖 2，有限元模型側(cè)視圖四邊形殼單元個數(shù)：58072 個三角形殼單元個數(shù)：2277 個梁單元個數(shù)：21075 個桿單元個數(shù)：5011 個多點約束：1 個工況數(shù)：1 個圖 3，船體外板有限元網(wǎng)格劃分圖 4，內(nèi)底板有限元網(wǎng)格劃分3. 載荷與邊界3.1 計算工況依據(jù)工藝，確定的計算工況為下水過程中船舶重心到達船臺末端時的船舶受力狀態(tài)。此時船舶承受水的浮力，氣囊的支撐力和船舶自身重力。由于浮力較小，船舶在自身重量的作用下處于中拱狀態(tài)，且氣囊支撐力主要集中在船臺末端即船舶重心位置附近。3.2 模型中所施加的載荷 1）氣囊支撐力模型中加載了Fr104.5/Fr108/ Fr11

9、1.5/ Fr115/ Fr118.5/ Fr122/ Fr126/ Fr130/ Fr134/ Fr1138/ Fr142/ Fr146/ Fr150處的氣囊支撐力，氣囊支撐力來自工藝，見下表。表1.船舶重心到船臺末端時氣囊承載力2）彎矩和剪力模型后部端面施加一個彎矩和一個剪力，所施加的彎矩和剪力為計算所得的船舶重心處的彎矩和剪力。船舶重心處的彎矩： M1 = M2 + M3 + M4其中： M1 為船舶重心處的彎矩，M2 為船舶重量引起的船舶重心處的彎矩，M3 為1#6#氣囊入水后浮力對船舶重心處的彎矩，數(shù)值見工藝，M4 船舶入水部分浮力對船舶重心處的彎矩，數(shù)值見工藝。船舶重心處的剪力：

10、F1 = F2 + F3 + F4其中： F1 為船舶重心處的剪力，F(xiàn)2 為船舶重量引起的船舶重心處的剪力，F(xiàn)3 為1#6#氣囊入水后浮力，數(shù)值見工藝，F(xiàn)4 船舶入水部分浮力，數(shù)值見工藝。計算得到： M1 = 215517.0818(t m); F1 = 3181.12(t) 。計算過程詳見附件A。需要注意的是，實際船中彎矩和剪力會略小于計算所得之值，因為模型中施加了氣囊的支撐力，支撐力會起到減小船中彎矩和剪力的作用，這部分作用在有限元計算中由軟件自動考慮，此處計算端部施加彎矩和剪力時不考慮在內(nèi)。3.3 邊界條件模型前端面上所有點約束六個方向的自由度。4. 計算結(jié)果板單元的應力計算結(jié)果包括單元

11、的(sx,sy,t)及 Von Mises 合成應力，合成應力按下式計算:s E =4.1 肋板肋板上的應力匯總于下表中：肋位號Y 向應力Z 向應力面內(nèi)剪應力合成應力115最大值60.914.140.471.9最小值-24.7-17.1118最大值77.922.459.1104最小值-37.5-26.1121最大值10841.985.6149最小值-107-66.7124最大值10034.590158最小值-95-65.8127最大值12136.2100178最小值123-88.3130最大值94.533.179.6139最小值-57-40.3詳細的計算結(jié)果圖片見第6節(jié)，圖6.1.1圖6.6.

12、4。4.2 縱桁縱桁上的應力匯總于下表中（Fr105-Fr150）：縱桁X 向應力 MPZ 向應力面內(nèi)剪應力合成應力CL11912SB最大值10.329.2105201最小值-20.3-53.6CL8632SB最大值9.4747.8109212最小值-193-39.6CL6172SB最大值10.856.7123235最小值-203-49CL3712SB最大值16.361132247最小值-207-53.7CL1252SB最大值-30.318.5124239最小值-181-82.3CL1252PS最大值-30.218.5124239最小值-183-82.2CL3712PS最大值21.410013

13、2247最小值-218-62CL6172PS最大值20.895.2123235最小值-213-58.4CL8632PS最大值18.680.1111212最小值-206-51.6CL11912PS最大值16.438.8113212最小值-211-56.7詳細的計算結(jié)果圖片見第6節(jié)，圖6.7.1圖6.16.4。4.3 外板外板上的應力匯總于下表中X 向應力向應力面內(nèi)剪應力合成應力MP外板最大值-58.12.25172312最小值-223-136詳細的計算結(jié)果圖片見第6節(jié)，圖6.17.1圖6.17.4。5. 總結(jié)靜力計算結(jié)果顯示，應力值沒有超過鋼材的最小屈服應力。6. 計算結(jié)果圖片6.1 Fr115

14、 肋板圖 6.1.1，F(xiàn)r115 肋板 Y 向應力圖 6.1.2，F(xiàn)r115 肋板 Z 向應力圖 6.1.3，F(xiàn)r115 肋板面內(nèi)剪應力圖 6.1.4，F(xiàn)r115 肋板合成應力6.2 Fr118 肋板圖 6.2.1，F(xiàn)r118 肋板 Y 向應力圖 6.2.2，F(xiàn)r118 肋板 Z 向應力圖 6.2.4，F(xiàn)r118 肋板合成應力6.3 Fr121 肋板圖 6.3.1，F(xiàn)r121 肋板 Y 向應力圖 6.3.2，F(xiàn)r121 肋板 Z 向應力圖 6.3.4，F(xiàn)r121 肋板合成應力6.4 Fr124 肋板圖 6.4.1，F(xiàn)r124 肋板 Y 向應力圖 6.4.2，F(xiàn)r124 肋板 Z 向應力圖 6.

15、4.4，F(xiàn)r124 肋板合成應力6.5 Fr127 肋板圖 6.5.1，F(xiàn)r127 肋板 Y 向應力圖 6.5.2，F(xiàn)r127 肋板 Z 向應力6.6 Fr130 肋板圖 6.5.4，F(xiàn)r127 肋板合成應力圖 6.6.1，F(xiàn)r130 肋板 Y 向應力圖 6.6.2，F(xiàn)r130 肋板 Z 向應力圖 6.6.3，F(xiàn)r130 肋板面內(nèi)剪應力6.7 CL.11912SB 縱桁圖 6.6.4，F(xiàn)r130 肋板合成應力圖 6.7.1，CL11912SB 縱桁 X 向應力圖 6.7.2，CL11912SB 縱桁 Z 向應力圖 6.7.3，CL11912SB 縱桁面內(nèi)剪應力6.8 CL.8632SB 縱桁圖

16、 6.7.4，CL11912SB 縱桁合成應力圖 6.8.1，CL8632SB 縱桁 X 向應力圖 6.8.2，CL8632SB 縱桁 Z 向應力圖 6.8.3，CL8632SB 縱桁面內(nèi)剪應力圖 6.8.4，CL8632SB 縱桁合成應力6.9 CL.6172SB 縱桁圖 6.9.1，CL6172SB 縱桁 X 向應力圖 6.9.2，CL6172SB 縱桁 Z 向應力圖 6.9.4，CL6172SB 縱桁合成應力6.10CL.3712SB 縱桁圖 6.10.1，CL3712SB 縱桁 X 向應力圖 6.10.2，CL3712SB 縱桁 Z 向應力圖 6.10.4，CL3712SB 縱桁合成應

17、力6.11CL.1252SB 縱桁圖 6.11.1，CL1252SB 縱桁 X 向應力圖 6.11.2，CL1252SB 縱桁 Z 向應力圖 6.11.3，CL1252SB 縱桁面內(nèi)剪應力圖 6.11.4，CL1252SB 縱桁合成應力6.12CL.1252PS 縱桁圖 6.12.1，CL1252PS 縱桁 X 向應力圖 6.12.2，CL1252PS 縱桁 Z 向應力圖 6.12.4，CL1252PS 縱桁合成應力6.13CL.3712PS 縱桁圖 6.13.1，CL3712PS 縱桁 X 向應力圖 6.13.2，CL3712PS 縱桁 Z 向應力圖 6.13.4，CL3712PS 縱桁合成

18、應力6.14CL.6172PS 縱桁圖 6.14.1，CL6172PS 縱桁 X 向應力圖 6.14.2，CL6172PS 縱桁 Z 向應力圖 6.14.4，CL6172PS 縱桁合成應力6.15CL.8632PS 縱桁圖 6.15.1，CL8632PS 縱桁 X 向應力圖 6.15.2，CL8632PS 縱桁 Z 向應力圖 6.15.4，CL8632PS 縱桁合成應力6.16CL.11912PS 縱桁圖 6.16.1，CL11912PS 縱桁 X 向應力圖 6.16.2，CL11912PS 縱桁 Z 向應力圖 6.16.3，CL11912PS 縱桁面內(nèi)剪應力6.17外板圖 6.16.4，CL

19、11912PS 縱桁合成應力圖 6.17.1，外板向應力圖 6.17.2，外板向應力圖 6.17.3，外板面內(nèi)剪應力圖 6.17.4，外板合成應力附件A.端部彎矩和剪力計算后半船重量分布和船舶重量引起的在重心處的彎矩、剪力計算x 坐標（m）肋位號重量（t）到重心的距離（m）對重心的矩（t.m）-3-514.851001485-2.4-416.9599.41684.83-1.8-319.0798.81884.116-1.2-221.1998.22080.858-0.6-123.2997.62273.1040027.37972654.890.6131.2896.43015.3921.2233.16

20、95.83176.7281.8330.5795.22910.2642.4429.3294.62773.6723532.22943028.683.6632.7893.43061.6524.2731.0192.82877.7284.8827.8592.22567.775.4932.1591.62944.9461051.17914656.476.61164.4290.45823.5687.21268.189.86115.388.021372.2288.986426.13568.841470.7188.166233.79369.661570.4487.346152.229610.481669.2486

21、.525990.644811.31772.0885.76177.25612.121885.7184.887275.064812.941992.6184.067784.796613.762091.8883.247648.091214.582194.2182.427764.788215.42297.1281.67924.99216.2223100.0180.788078.807817.0424102.8579.968223.88617.8625105.8979.148380.134618.6826108.9478.328532.180819.527110.577.58563.7520.322811

22、2.7176.688642.602821.1429114.575.868685.9721.9630103.4975.047765.889622.783192.8174.226888.358223.63294.6373.46945.84224.4233100.8672.587320.418825.243498.7371.767084.864826.063565.9370.944677.074226.883633.7670.122367.251227.73732.9869.32285.51428.523833.768.482307.77629.343933.2667.662250.371630.1

23、64034.7966.842325.363630.984136.9166.022436.798231.84237.0565.22415.6632.624337.1964.382394.292233.444437.3363.562372.694834.264537.4762.742350.867835.084637.6261.922329.430435.94737.7661.12307.13636.724837.960.282284.61237.544938.0859.462264.236838.365038.2658.642243.566439.185138.457.822220.288405

24、238.55572197.3540.825338.6956.182173.604241.645438.8355.362149.628842.465538.9754.542125.423843.285639.1153.722100.989244.15739.2552.92076.32544.925839.3952.082051.431245.745939.5351.262026.307846.566039.6750.442000.954847.386139.8149.621975.372248.26239.9548.81949.5649.026340.0947.981923.518249.846

25、440.2347.161897.246850.666540.3746.341870.745851.486638.0145.521730.215252.36735.6544.71593.55553.126835.7943.881570.465253.946935.9343.061547.145854.767076.0742.243213.196855.5871114.7441.424752.530856.47273.2940.62975.57457.227333.2639.781323.082858.047433.2438.961295.030458.867533.2138.141266.629

26、459.687633.1937.321238.650860.57735.6636.51301.5961.327838.1435.681360.835262.147938.1134.861328.514662.968038.0934.041296.583663.788138.0633.221264.353264.68238.0432.41232.49665.428338.0231.581200.671666.248437.9930.761168.572467.068537.9729.941136.821867.888637.9429.121104.812868.78737.9228.31073.13669.528837.8927.481041.217270.348937.8726.661009.614271.169037.8425.84977.785671.989137.8225.02946.256472.89237.824.2914.7673.629337.7723.38883.062674.449437.7522.56851.6475.269537.7221.74820.032876.089637.720.92788.68476.99737.6720.1757.16777.7