45m全回转车客渡船有限元强度评估报告.doc

45m全回转车客渡船有限元强度评估报告45m全回转车客渡船有限元强度评估报告1 概述1.1评估依据按照钢质内河船舶建造规范第14章“结构强度直接计算补充规定”第7节“局部结构强度计算”，对45m全回转车客渡船进行了有限元强度直接计算，计算荷载仅考虑甲板荷载和舷外水压力的作用。1.2图纸资料（1）、总布置图 （JY648-100-02）；（2）、基本结构图 （JY648-110-03）；（3）、主要横剖面图 （JY648-110-02）；（4）、纵横舱壁图 （JY648-121-1）；（5）、稳性计算书 （JY648-101-1JS）。2 主尺度总 长 Loa 69.20 m 垂线间长 Lpp 42.82 m 总 宽 Bmax 14.10 m 型 宽 B 13.8 m 型 深 D 3.10 m 设计吃水 d (A/B) 2.10 m/2.25m3 结构有限元模型3.1模型范围利用大型商用有限元软件MSC/PATRAN、MSC/NASTRAN进行横向强度建模和计算。运用MSC.Patran/Nastran软件进行建模及计算。采用三维有限元模型，模型范围选取为整个船宽，舱段模型的纵向范围从#25肋位到#65肋位（两端的横舱壁包括在模型内）；垂向范围为整个型深。其中甲板、船底板、纵横舱壁等平板结构用板单元模拟，肋板、船底桁材、甲板纵桁、甲板强横梁、舷侧纵桁、舷侧强肋骨、舱壁水平桁、舱壁垂直桁等腹板用板单元模拟，面板用梁单元模拟；其它小的骨材及支柱用梁单元模拟。有限元模型有结点29709个，单元42139个。有限元模型如图3.1图3.4所示。图3.1 舱段有限元模型图3.2 舱段有限元模型（隐去甲板）图3.3 舱段有限元板厚分布图图3.4 舱段有限元板厚分布图（隐去甲板）3.2坐标系取直角坐标系，坐标原点位于船体#25船底中线处，X轴沿船长指向船首为正，Y轴沿船宽指向左舷为正，Z轴沿型深向上为正。3.3边界条件 模型的两端（简称A端和B端）均需约束 详细边界条件见下表3.1。表3.1 边界条件位置线位移约束角位移约束dxdydzqxqyqz方向纵向横向垂向绕纵轴旋转绕横轴旋转绕垂轴旋转A端固定固定固定B端固定固定固定图3.5 施加边界约束后的货舱段有限元模型示意图4 载荷4.1计算工况考虑以下2种工况：甲板载荷外部水压力工况1均载取吃水+1.25m高度水压力工况2均载+重型卡车集中载荷取吃水+1.25m高度水压力4.3甲板载荷4.3.1 工况1甲板载荷均载：取甲板货物总重量为240t，平均作用在甲板（扣除两边上层建筑面积）上，换算得作用在甲板上的压力为4210.5Pa。4.3.1 工况2甲板载荷集中载荷：取重型卡车重量为85t，前轮为1个轴，分配重量为10t，后轮为3个轴，分配重量为75t（每轴25 t）；重型卡车对称于船体中线放置，后轴定位于Fr42Fr45处，前轴定位于Fr58处，左右轮间距取2米。载荷如图4.1：图4.1 集中载荷示意图均载：取甲板货物总重量为155t，平均作用在甲板（扣除两边上层建筑面积）上，换算得作用在甲板上的压力为2719.2Pa。4.2舷外水压力由基线到水线处的水压力在软件中以场模拟，场的方程为 kN/ m2； 5 许用应力许用应力衡准是根据钢质内河船舶建造规范(2009) 中表14.7.6.1选取，许用应力如下表5.1所示。表5.1许用应力构件名称应力种类许用应力(N/mm2)强力甲板、船底外板、纵舱壁板155甲板纵桁、船底纵桁128甲板纵骨153船底及舷侧纵骨141横向强构件（实肋板、强肋骨）165强横梁128肋骨188横舱壁板175板及骨材剪应力105纵、横舱壁骨材与普通骨材200表中：板单元表面相当应力；板单元中面沿船长方向应力；梁单元节点合成应力，+表示组合拉应力，-表示组合压应力；板单元剪应力。；注：本船主甲板，甲板纵桁，甲板强横梁，甲板纵骨，甲板开口复板采用高强钢（AH36），许用应力须乘以换算系数1.53。6 计算结果及应力水平有限元的结果评估取值范围应基于模型中的中间舱段，本计算书选取Fr34Fr56肋位的中间舱段进行应力评估。各主要构件的应力结果见6.1-6.13。6.1甲板板载荷工况相当应力se (N/mm2)剪切应力(N/mm2)许用应力(N/mm2)许用剪切应力(N/mm2)134.415.9237（AH36）160(AH36)261.421.5237（AH36）160(AH36)6.2舷侧板载荷工况相当应力se (N/mm2)剪切应力(N/mm2)许用应力(N/mm2)许用剪切应力(N/mm2)119.87.25155105218.16.581551056.3船底板载荷工况相当应力se (N/mm2)剪切应力(N/mm2)许用应力(N/mm2)许用剪切应力(N/mm2)161.732.9155105249.124.01551056.4船底肋板载荷工况相当应力se(N/mm2)剪切应力(N/mm2)许用应力(N/mm2)许用剪切应力(N/mm2)156.130.0165105253.423.41651056.5强横梁载荷工况相当应力se(N/mm2)剪切应力(N/mm2)许用应力(N/mm2)许用剪切应力(N/mm2)128.09.8196(AH36)160(AH36)277.741.8196(AH36)160(AH36)6.6船底龙骨载荷工况相当应力se(N/mm2)剪切应力(N/mm2)许用应力(N/mm2)许用剪切应力(N/mm2)168.232.5128105270.936.21281056.7甲板纵桁载荷工况相当应力se(N/mm2)剪切应力(N/mm2)许用应力(N/mm2)许用剪切应力(N/mm2)151.318.5196(AH36)160(AH36)256.831.9196(AH36)160(AH36)6.8横舱壁板载荷工况相当应力se(N/mm2)剪切应力(N/mm2)许用应力(N/mm2)许用剪切应力(N/mm2)145.320.8175105238.214.61751056.9纵舱壁板载荷工况相当应力se(N/mm2)剪切应力(N/mm2)许用应力(N/mm2)许用剪切应力(N/mm2)178.542.5155105267.235.11551056.10甲板纵骨载荷工况组合拉应力+(N/mm2)组合压应力- (N/mm2)许用应力(N/mm2)许用应力 (N/mm2)124.213.3234(AH36)234(AH36)2178191234(AH36)234(AH36)6.11舷侧纵骨载荷工况组合拉应力+ (N/mm2)组合压应力- (N/mm2)许用应力(N/mm2)许用应力 (N/mm2)119.528.7141141213.130.81411416.12横梁、肋骨骨材载荷工况组合拉应力+ (N/mm2)组合压应力- (N/mm2)许用应力(N/mm2)许用应力 (N/mm2)162.466.7188188265.263.41881886.13纵、横舱壁骨材载荷工况组合拉应力+ (N/mm2)组合压应力- (N/mm2)许用应力(N/mm2)许用应力 (N/mm2)113.728.4200200211.827.82002007结论7.1校核结果经过有限元强度直接计算评估分析，可以得出结论：本船船体结构强度满足钢质内河船舶建造规范2009 14.7.6相关应力衡准要求。7.2变形云图注： 单位m。图 7.2. 1舱段变形云图分布（工况1）图 7.2. 2舱段变形云图分布（工况1隐去甲板）图 7.2. 3 舱段变形云图分布（工况2）图 7.2.4 舱段变形云图分布（工况2隐去甲板）7.3应力云图注： 单位Pa。图 7.3. 1 舱段应力云图分布（工况1相当应力）图 7.3.2 舱段应力云图分布（工况2相当应力）隐去甲板图 7.3.3 舱段应力云图分布（工况2相当应力）图 7.3.4 舱段应力云图分布（工况2相当应力）隐去甲板图 7.3.5甲板应力云图分布（工况1相当应力）图 7.3.6甲板应力云图分布（工况2相当应力）图 7.3.7甲板应力云图分布（工况1剪切应力）图 7.3.8甲板应力云图分布（工况2剪切应力）图 7.3.9 舷侧外板应力云图分布（工况1相当应力）图 7.3.10 舷侧外板应力云图分布（工况2相当应力）图 7.3.11 舷侧外板应力云图分布（工况1剪切应力）图 7.3.12 舷侧外板应力云图分布（工况2剪切应力）图 7.3.13船底外板应力云图分布（工况1相当应力）图 7.3.14船底外板应力云图分布（工况2相当应力）图 7.3.15船底外板应力云图分布（工况1剪切应力）图 7.3.16船底外板应力云图分布（工况2剪切应力）图 7.3.17船底肋板应力云图分布（工况1相当应力）图 7.3.18船底肋板应力云图分布（工况2相当应力）图 7.3.19船底肋板应力云图分布（工况1剪切应力）图 7.3.20船底肋板应力云图分布（工况2剪切应力）图 7.3.21强横梁应力云图分布（工况1相当应力）图 7.3.22强横梁应力云图分布（工况2相当应力）图 7.3.23强横梁应力云图分布（工况1剪切应力）图 7.3.24强横梁应力云图分布（工况1剪切应力）图 7.3.25船底龙骨应力云图分布（工况1相当应力）图 7.3.26船底龙骨应力云图分布（工况2相当应力）图 7.3.27船底龙骨应力云图分布（工况1剪切应力）图 7.3.28船底龙骨应力云图分布（工况2剪切应力）图 7.3.29甲板纵桁应力云图分布（工况1相当应力）图 7.3.30甲板纵桁应力云图分布（工况2相当应力）图 7.3.31甲板纵桁应力云图分布（工况1剪切应力）图 7.3.32甲板纵桁应力云图分布（工况1剪切应力）图 7.3.33横舱壁应力云图分布（工况1相当应力）图 7.3.34横舱壁应力云图分布（工况2相当应力）图 7.3.35横舱壁应力云图分布（工况1剪切应力）图 7.3.36横舱壁应力云图分布（工况2剪切应力）图 7.3.37纵舱壁应力云图分布（工况1相当应力）图 7.3.38纵舱