内河小型干货船典型横剖面结构分析.docx

1、第9卷第3期南通航运职业技术学院学报V°1.9No.32010年9月JOURNAL0ENANTONGVOCATIONAL&TECHNICALSHIPPINGCOLLEGESep.2010doi:10.3969/j.issn.l6719891.2010.03.008内河小型干货船典型横剖面结构分析吴灿'，管义锋2（1.南通航运职业技术学院船舶与海洋工程系，江苏南通226010:2.江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏镇江212003）摘要：文章以内河小型干货船为例，针对钢质内河船舶入级与建造规范（2009）中干货船的四种典型横刻面结构形式进行了有限元分析，所得到的船体结

2、构有限元分析姑果对同类型的内河小型干货船设计和强度分析有一定的参考价值。关键词：内河小型干货船；船体站构强度;有限元分析中图分类号:U674.13文献标识码:A文章编号:1671-9891（2010）03-0028-0540引言干货船，又称普通货船，是以运载干燥货物为主，也可装运桶装液货的货船。目前是长江运输和京杭运河运输的主力船型，占长江船舶总运力的85%左右，承担着长江干线及京杭运河煤炭、粮食、矿产等物品的运输任务。有限元法是一种在工程分析中常用的解决复杂问题的近似数值分析方法，在船舶设计领域越来越广泛地应用于船体结构的强度计算及校核。本文调研了大量内河小型干货船船型特征，针对规范中干货船

3、的四种典型横剖面结构形式进行了有限元分析，得到了一系列结论，对同类型的干货船体平行中体的结构设计具有较大的指导意义。1规范依据1.1大舱口船船体结构形式根据钢质内河船舶入级与建造规范（2009）（以下简称09规范）中8.1.1.1规定，当强力甲板舱口符合221.3要求时，货舱区域结构有以下四种形式:双舷双底、单舷双底、单舷单底和双舷单底。1,11.2中剖面模数及肿剖面惯性矩要求船长大于或等于40m的大舱口船,其船体中剖面的最小剖面模数应不小于式（1）计算所得之值：W=K】Wocm2-m（1）式中：Wo-船长大于或等于50m时,船体中部最小剖面模数（也称基本剖面模数）W°（强力甲板边线

4、或平板龙骨处），由09规范中2.2.2.1决定；K系数,按基本结构形式和船长由表I选取。表1取值范围基本结构型式船长范围（m）Ki40<L<801双底、双舷L>80(-783+33.5L-104L2)x10-340<L<601双底、单舷顶部设抗扭箱La60(-253+28.IL-0.121?)x10"340<L<601单底、双舷60<L<80(-2534-28.1L-0.121?)xlO-3单底、单舷40<L<60(58+l.O9L)xlO-2收稿日期：2009-12-09作者简介：吴灿（1985-）,女，江苏南通人，

5、南通航运职业技术学院船舶与海洋工程系助教，硕士。在实际的船舶设计中，强度越高越能满足要求,但也会带来成本增加、建造困难等问题。如何在满足强度的前提下选择合理的结构形式，是船舶设计中需要重点考虑的问题。本文对某船货舱区域的实肋板、横梁、肋骨和甲板等主要横向构件进行重点考察，以期对此四种结构形式船舶的横向强度大小有所了解，同时结合规范要求和有限元计算结果对这四种方案进行比较。2有限元直接计算本文通过使用MSC.Patran软件对某60m的干货船进行有限元建模分析，根据中国船级社09规范第14章结构强度直接计算补充规定，对60m干货船在满载和压载状态下进行货舱横向强度计算;咛跟据中国船级社船舶结构直

6、接计算分析指南2003版(以下简称指南)要求，对其货舱区域主要构件应用直接计算方法进行强度计算，直接计算应符合§指南要求,用三维有限元模型进行散货船主要构件的强度直接计算,计算载荷计及舱内货物载荷、舷外水鼠荷、端面弯矩。佝2.1船体主要参数该船为钢质全焊接尾机型干货船，航行于内河水域A、B、C级航区。主尺度如下:总长60.00m、垂线间长56.90m、型宽11.80m、型深4.30m、设计吃水3.60m、方型系数0.86、肋距0.50m、170=56.90/4.30=13.23<25.0,B/D=l1.80/4.30=2.74V4.0。2.2计算工况由于该船只有一个货舱，没有重

7、压载、隔舱装载，因此，本文只考虑满载出港状态和一般压载两种工况。(1) 通过式(2)确定舱内货物的压力：Pi=10pc(l+0.35翔仙kN/m2Cb)式中：Pc货物密度，t/m3；a0=辛10.75-(3盟L)i5+0.067VVL峋=sin2atg2(45°0.56)+cos2aa为板与水平面之间的夹角;8为货物的休止角；如为计算点至货物顶面的垂直距离。(2) 舷外水压力：满载工况:满载工况舷外水压力由静水压力和波浪水动压力两部分组成:基线处：Pb=10ds+1.5CwkN/m2；水线处：PW=3CWkN/m2；舷侧顶端：PS=3PkN/m2；甲板上：Pd=2.4P°k

8、N/m2式中：一结构吃水,m；P°=Cw-0.67(D-ds)；Cw=1075()】s其它状态：基线处：PB=10dakN/m2；水线处：Pw=0.0kN/m2式中：底一对应装载工况下的实际吃水,m(3) 波浪弯矩：Mw(+)=190MCL2BCbx10-3kNmMw(-)=-110MCI?B(Cb4-0.7)x10-3kNm式中：M=1;L船长,m；B型宽,m；豚一方形系数；C=10.17-(-血-仍2.3许用应力根据指南规定，船体主要构件的许用应力为：甲板：220MPa(普通钢);纵舱壁：235MPa；横舱壁：175MPa；其他船体结构：175MPa。2.4有限元建模边界条件：根

9、据指南在模型的两端面中和轴处分别建立刚性点A、B,在刚性点上施加弯矩。舱段模型边界条件如表2所示。根据结构相似性，以保证四种结构形式的船体重量相近为前提建立有限元模型计算，图IV为四种结构的横剖面所对应的有限元模型图。图1双航双底结构模型图2单液双底结构模型表2船段模型边界条件（载荷对称）位置线位移约束%角位移约束%中纵剖面一固定固定固定A端面相关相关相关相关B端面相关相关相关相关刚性点A固定固定固定固定弯矩固定刚性点B固定固定固定弯矩固定图3双液单底结构模型图4单舷单底结构模型MSCPatran2005。16-Sep)811:4812Fringekorigza.StaticSubca$e_3

10、.StressTensor.vonMises.AtZ13四种横剖面结构计算结果分析以双舷双底结构为例，其在满载工况下应力云图如图5所示。61720】576+00。535*001.493*001.452*OOR41H001I370*00329*0011288*0011247*001J06*00KI65*0011I#I24*00l|824*000l_,4i3*ooaj175X)2Udetautt.Fnnge:Max617*001©Nd2354476-002©Nd35550图5双舷双底结构应力图（潢载工况）四种形式的货舱区域各主要构件分别在满载和空载工况下的应力结果对比分析如下：

11、（1）双舷双底结构。双舷双底结构时，满载时主甲板受力大于空载,而空载时的舱口围板、船底、舷侧板的受力均要大于满载工况,其中舱口围板处受力最大;（2）单舷单底结构。单弦单底结构实际建造时最为方便，但由于结构形式比较单薄，空载工况整体上受力要大于满载工况，强肋板处受力最高，比较危险;（3）双舷单底结构。双舷单底结构与单舷单底结构的结果相似，但整体受力有所改善，危险点出现强肋板处。（4）单舷双底结构。单弦双底结构的最大应力处也出现在强肋板处,主甲板次之。空载受力整体要大于满载工况。这四种结构形式的整体比较如表3所示。通过表3中的结果比较可以看出，在相同材料相同主尺度以及相同受力条件下：（1）不论是空

12、载还是满载,双底双舷结构所受最大应力均最小，这也符合实际结果，这种结构形式强度最大;(2)在主甲板处,双底双舷结构所受应力均最小;在纵骨处，空载状态下双底双舷所受应力最小,但在满载状态下其所受应力并不是最小;在舱口围板处，空载，满载状态下单弦双底结构所受应力最小;在舶:列板处，双舷单底结构在满载状态下所受应力最小;(3)不论是空载还是满载，单底单舷结构各构件所受应力均不是最小。这种结构强度最小,在实际设计时并不推荐。*3四种结构形式的货舵区域各主要构件的应力对比结果双舷双底单舷单底双舷单底单舷双底是否满足规范满我空载满载空载满载空载满载空载主甲板61.956.271.3115.670.083.

13、070.2110.0满足舱口围板61.794.265.099.556.897.048.259.0满足舷侧板52.879.362.575.052.783.370.2106.0满足就列板41.454.345.354.238.748.549.579.5满足外底板33.557.850.076.547.986.241.868.0满足强肋板53.470.0120.0131.0108.012258.7117.0满足船底桁33.561.784.0105.077.810241.859.6满足纵骨37.961.759.0102.035.768.547.795.5满足最大应力61.994.2120.0131.010

14、8.0122.070.2117.0满足4结束语本文通过Patran软件建模分析比较了60m干货船四种典型横剖面型式，对四种典型横剖面结构形式船舶的横向强度做了全面了解，同时结合规范要求和有限元计算结果对这四种方案进行了比较，得到以下结论:双舷双底结构型式最安全;空载状态下比满载状态下所受到的应力要大，主要是因为船底板受到的货物压应力与船底水压力相抵消造成的;局部构件受力较大，如主甲板，舱口围板，强肋板等，实际设计时可以考虑予以加强;并且在局部构件处，双舷双底结构所受应力并不是最小。这四种结构形式各有利弊，但总体上考虑造价和建造工艺等因素，双底双壳和双舷单底较其它两种结构形式比较有优势。参考文献

15、：1中国船级社.钢质内河船舶入级与建造规范S.北京:人民交通出版社,2009.中国船级社.船体结构强度直接计算指南S.北京:人民交通出版社,2003.3谢永和，王伟.散货船横向强度有限元分析J.船舶工程,2007(6):21-23.4张晓君.基于Nastran的船舶局部强度有限元分析几浙江海洋学院学报,2006(3):6-8.5陈庆强侏胜昌，郭列，等.用整船有限元模型分析方法计算舰船的总纵强度J.船舶力学,2004(1):79-85.TypicalCross-SectionStructuralAnalysisofSmall-sizedCargoShipsinInlandRiversWUCan*

16、,GUANYi-feng2(1.Dept,ofShip&OceanEngineering,NantongVocational&TechnicalShippingCollege,Nantong226010,China;2.SchoolofShip&OceanEngineering,JiangsuUniversityofScienceandTechnology,Zhenjiang212003,China)Abstract:Takingthesmall-sizedcargoshipsininlandriversastheexample,theFEAwasmadeintermsofthefourkindsofty