超大型集装箱船舷梯布置优化.docx

1、第*B春第U）脚20211年厕翩1瞬神n、g莪4KSHIPSCIENCEANDTECWOUJOrVol.43,NoEOct.,21沮n翻大型集装箱船舷梯稿置伽化陈乐昆.！“缪-张志康,，张13鼎（申I醐船皈恕海啪计研究院，上海恐触）。）摘褰：岫飙大堰缭凝御蜓滕徊蜘制鲍翩如画存彼诸多不便的问题、腰出二种新方案将般棒内薮很2聊敝以1L，伽曲船体g鬼城硼峻砌用以以锻艘颁獭岫鲤堀嘛麟削为健过逊也弦范校戡命佥船看限迁说卸府娅蚀贼船律结构的屈服、屈曲以疲劳躁度aa弗m证关键词：翅大型集装箱船；舷梯；舷侧开口；谱分析：疲劳强度中图分类号，U674文献玄献标识码：A妄幕编号弓1672“&轴网“桐二做拜

2、二傍跚：梢3鲫物J湖:"二帝朝视M9硼OptimizationonaccommodationladderarrangementforultralargecontainervesselCHENWkun,C晌IX冲闻知山蜒，划邮&i5h理（MarineDesignand膈宓御d岫岫妙袖Qh曲淅煦Mi如皿111,皿榆）AbftrMtiAimingattheinconvenienceduringoperationandstorageofULCS'accommo（htM3t«ladder.Anarrangementplanthataccommodationladder

3、wasarrangedupontheseconddeckwaspresentedMdscantlingofbudUjsIw-turewanoptimizedtofulfilltherequiremoNtofactualoper舔顺.A20&M刑迎containershipwastakenasanexample.Yielding,bucklingcapacityandfatiguestrengthofstructurewasverifiedthroughrulecalculationandfuHIlengthfiniteelementanalysis.柯晚胡:曲I籍湖场种瞄4；瘀消网岫P

4、lfe蜘；柚卵部商理；咿丽1融g弟；制观撬麻网O引I甫集装箱船的舷梯一般情况收纳于平行中体区域的上甲板舷侧，对于超大型集装箱船而言，由于型深较福T般会大于佥Dm）,如姻果物将幽拂布置在E甲板，为了达到扇裁吃水”伸编式舷梯下放后长度较大，太剃集谶箱船的僦梯伸长后可咳遇到35哺左看，刚度严重不足，人员在登般时走动会造成蔽梯源身的晃动，容易产生共振现象。为了保证登船人员的安金，一般舍控制同时登船的人数.这在使用申极为不便。为了解淡上述问题,可以将舷梯内嵌在三甲板以上，缩诚厥梯长縻。但是内嵌林梯布彝需囊荏蔽费练板上折何、神邮地叨褊例©%名拖用肉，熊倦梁静柔弯短、波浪弯矩以及扭矩的数值姓手辕夫

5、亲平，困而该国壤的解体结构程度雨糖者考峻,，霸囊粮掘规葩梭梭和全般有龈罪直援并舞案评侑届诙审潮隔众多拳希督府醵侧看夫开0雄翠的澈座间题进行了研究，研究对象以汽车滚装船和特殊舰艇为主。高处等惆对1,艘佝河流牢运输船的突变区域进行了强度评估，陈第一排对大型汽车浪装船结构强度进行了计算分析，结果都表明舷侧大开口区域的应力水平较高。何祖平等泓）分析了舷侧并口形状对于应力集中系数的影响。木文的研究对象为超大型集装箱船。与上述船型相比，由于其高航速、大开口和大量使用高酒度钢等特点，导致了船体扭转刖度校低.大井目角隅应力集中敦果显著,疲劳破坏燃险很源札一且熊体结构损伤可能舍影胸内嵌式舷梯的正常使用。针对蔽侧

6、有大开口的超大型集装箱船，目前还无法雀公开京献内找到相应的研究成果，茶寰将为相似般型的谖梯布镣以及相美结构谖计提珠参沏Q11方案介细捋醵株肉傲荏三押板或上孩蝴溯佛标奶撕嚣案畿霸i金舅顼主;a嬲，蹶洌桐蜥附所示3采用该带魔劾装，咐的J的蜥敏醐翊豹E2邮可以很大程度上解决使用过程中登船人员的安全问题9另外，二甲板不仅可以作为收纳舷梯的平台、还是引水员的登船平台，通过引水员软梯和舷梯登船的人员可以经过相同的路径进入到上层建筑无需为引水员设置额外的通道0图3舷梯区域规范计算模型Fig.3Rulecheckmodelofaccommodationladderarea贴畅上屋平弁ZT鞋Pl肉檄我嵌棉布露醐

7、惭Fig：I祉胸y神酬南囹翎裕酬油袖做?，熟史f济酬书胰解但另一方面“岫的城岫顺耕融理f行*设计，在外板滋瘴一令美枷,，加督®所示。宓舞开巳呈瓯铃象墉爹娅渊山姓衣城，同约j必活踣懿关高瘢约2洛用。图4外板开口区域规范计算模型Fig.4Rulecheckmodelofsideshellopeningarea但是，由于舷侧外板开口破坏了外板结构的连续I抵婚树喊评目榭物啊年电勿藏vY祯*湛嘛布柿曲gg性，船体梁垂向剪力流的流向也随之改变。图5和图6分别为大开口区域和典型剖面二甲板附近的垂向剪应力分布，可见与典型剖面相比，外板结构的缺失会使内壳纵壁、二甲板和舷梯上层平台承受更大的垂向剪力，因

8、而相应的尺寸将不能满足要求。与骤型的超夫型集装箱辨相比，新的祓计隹藤梯国域的册侏结构上有于莪夫程度前修虹坤而需爨对结构雄度毒新尚撇鼓。左舟娴捋城粼蕨愤够例夫非目的盈割律习的融止，有魏蜿邮i总纵建座隰翊屉格佯帆娜沮寸需霉震夜同暮就算堰梨申震幅接麟不少、瑶组搬梳受折必（弛囹北，期糖注第克媛善日陶嫩基埃而外吱城搦维裤物构的其却（暇围引a林手垓非日对于蒯源仰褊皴域横桂炬豹彪"，I珅而泡碱腹商构兼我食威g不会有太刷幽化，瘤姓该开1%院鞫胸制审史米挪分构样的艮事。图5舷侧开口区域垂向剪应力分布Fig.5Verticalshearstressdistributionofsideshellopeni

9、ngarea图4外板开口区域规范计算模型Fig.4Rulecheckmodelofsideshellopeningarea但是，由丁舷侧外板开口破坏了外板结构的连续性，船体梁垂向明力流的流向也随之改变。图5和图6分别为大开口区域和典型剖面二甲板附近的垂向剪应力分布，可见与典型剖面相比，外板结构的缺失会使内壳纵壁、二甲板和舷梯上层平台承受更大的垂向剪力，因而相应的尺寸将不能满足要求。图5舷侧开I区域垂向剪应力分布Fig.5Verticalshearstressdistributionofsideshellopeningarea式中：D为主要载荷参数没计值；Q为波浪频率；。为，良向：Slid）为P

10、ierson-Moskowitz海浪谱;SW）=5K彳、W2*exp_1-25（亡）：如为衅值圆频率：加。二匚。Se/MOs,O；2dc：S为频率步长，根据以往的设计经验，选择6个计算工况，详见表1。表1全船有限元的计算工况以及相应的Pierson-Moskowitz海浪谱参数图6典型剖面二甲板附近垂向剪应力分布Fig.6Verticalshearstressdistributionaround2nddeckoftypicalsection经过规范计算，内壳纵壁和二甲板的尺寸都有一定程度的增大，内壳纵壁对应区域的板厚增加12mm,二甲板板厚增加4mm。台舷梯区域全船有限元计算3.1屈服和屈曲强

11、度3.1.1有限元模型及载况建立全船粗网格有限元模型，调整单元密度对空船重量分布进行修正，以满足静水平衡要求。载况是由装载工况和非线性设汁波组合确定。考虑到在实际运营过程中，通常不会压载航行，因而仪选择满载装载T况进行研究，并使用质量点模拟集装箱加载到货舱内，根据不同的载况进行波浪载荷的直接计算，与以往选择单一极值等效设计波不同的是，本文选择多个波进行叠加。主要流程是：对有限元模型在多种不同浪向和频率组合的单位规则波下的运动响应进行计算，即可得到各种波浪环境下主要载荷参数的频率响应传逸函数RAO）;针对单个载况选择不少于60个单向波，将主要我荷参数的规范设计值作为目标值，基于Pierson-M

12、oskowitz海浪谱对所有单向波进行不同权重的叠加（见式（1）式;（2）最后得到一个非线性的设计波，将该波浪载荷加载到船体外板上，最终完成单个载况的加载。某个单向波幅值VBM+(Z/4)载况主要戟荷参数位置浪向/(°)Tp/sVBM+02)垂向波浪弯矩（中拱）0.5、18016.765VBM-(Z/2)垂向波浪弯矩（中垂）0.5A18016.765垂向波浪穹矩（中拱0.25Z016.765Tab.ILoadingconditionoffull-lengthfiniteelementanalysisandPierson-MoskowitzspectrumparameterVBM-(Z

13、/4)垂向波浪亲炬（中垂）0.25Z016.765HBM(Z/2)水平波浪弯矩0.5A12013.699HSF(3Z/4)水平波浪剪力0.75Z6013.545图7为舷侧大开口区域的合成应力包络值，其中最大应力为216.9MPa,出现在外板开口角隅嵌厚板外围，此处船级社;衡为235/k(235/0.78=301.3MPa),屈服强度能够满足规范要求。图8为舷侧大开口区域的屈曲利用鬲子，最大k4?值为0.604,屈曲强度同样能够满足要求式中：。为主要载荷参数设计值；幼为波浪频率；。为；3p为峰值圆频率；浪向；S(o)为Pierson-Moskowitz海浪谱;S(o>)=5晚思厂exp-1

14、.251ssm。(穆啰源泌蹒蜘购根据姒独的诞妹知检fri选择心州筛!航况，详见表1。accommodationladderarea厂T，1I!:一j:A=S's|RAOO,OIA4,(I)某个单向波相位；|图6典型做"Rg解溉向剪应力分布以)Fig.6Verticalshearstressdistributionaround2nddeckoftypicalsection经过规范计算，内壳纵壁和二甲板的尺寸都有一定程度的增大，内壳纵壁对应区域的板厚增加12mm,二甲板板厚增加4mm。3舷梯区域全船有限元计算3.1屈服和屈曲强度3.1.1有限元模型及载况建立全船粗网格有限元模型，

15、调整单元密度对空船重量分布进行修王，以满足静水平衡耍求。载况是由装载工况和非线性设计波组合确定。考虑到在实际运营过程中，通常不会压载航行，因而仅选择满载装载工况进行研究，并使用质量点模拟集装箱加载到货舱内。根据不同的载况进行波浪载荷的直接计算，与以往选择单一极值等效设计波不同的是，本文选择多个波进行叠加。主要流程是：对有限元模型在多种不同浪向和频率组合的单位规则波下的运动响应进行计算，即可得到各种波浪环境下主要载荷参数的频率响应传递函数(RA0);针对单个载况选择不少于60个单向波，将主要载荷参数的规范设计值作为目标值，基于Pierson-Moskowitz海浪谱对所有单向波进行不同权重的叠加

16、(见式(1)式(2),最后得到一个非线性的设计波，将该波浪载荷加载到船体外板上，最终完成单个载况的加载。某个单向波幅值DAi=SS)|RAOS，P)|g(1)某个单向波相位饥=-RAOMsB"(2)3.2疲劳弓搬全船有限元的计算工况以及相应的采用谱分析月'尖特般3步管睑醇南勇芦件角隅节点进Tab.1Loadingconditionoffull-lengthfiniteelementanalysisand行疲劳计算，刷&汝布订高tz血船源羸噩萨计算'星夏浪谱和哇噬飙典遭分%您及将有初一啷臀3.1.2结果分析熊肆御的矗融程理所卷。16.76516.765VBM-(

17、L/2)垂向波浪弯矩(中垂)0.5£180VBM+0/4)垂向波浪弯矩(中拱)0.25L016.765VBM(4)垂向波浪弯矩(中垂)O.25L016.765HBM(£/2)水平波浪弯矩0.5L12013.699HSF(34)水平波浪剪力0.75心6013.545图7为舷侧大开曰区域的合成应力包络值，其中最大应力为216.9MPa,出现在外板开口角隅嵌厚板外围,此处船级社衡准为235/k(235/0.78=301.3MPa),屈服强度能够满足规范要求。图8为舷侧大开曰区域的屈曲利用因子，最大值为0.604,屈曲强度同样能够满足要求。图7舷梯区域外板应力云图Fig.7Von-

18、misesstressfringeofsideshellaroundaccommodationladderarea3.2疲劳强度采用谱分析方法对舷梯区域外板开口角隅节点进行疲劳计算，由水动力计算、有限元应力响应计算、基于海浪谱和海况资料的谱分析以及疲劳累计损伤度计算等4部分组成叫主要流程如图9所示。圈8月濒燧跋例础IIJW腮洞子Fig.8BiBiklidgirbiofatidtd)didibUrGinihdaccommodationladderarea应力响应船体结构波浪_萩荷载荷计算"%男融及"-K期和短期分布海浪谱和心可誓嘟溯冲觇倒式中S(内成j御浪蹭;I称哄照0)伽熊

19、斐柯力方物频率响做渺醵数，用于讲辨W临潞标逢喋、带阙敬4建零周蜘避解距计算式为:：为、M肾罚君切幽酬桐防别泠仞渺暇U式中="一展福：？为航速；g为重力加速度式中：此=.气呵/为航速5重力加速度。S，初IWfW雌飓h券布襄亲一；明线性累计损伤理论和S-N曲线卜析法艘加邛F地I流程321Fig-qifueassessmentprocessofspectrumanalysis32S恣即餐威示结构节点受到交变应力范围AS与达到噂哪3麟籍耕攒溯搂珈力范围AS与达到疲劳破坏所需循环次数冲的关系：log(N)=log(Ki).加ilog(AS),Si(3)log(N)=log(K。一皿log(A5

20、),ASNA5q,(3)log(N)=log(/C2)-m21og(AS),AS<AS?。(4)式糖纪雁旅祁褥喉&为越龄VAS*)2。版时的应砌询阪斜率；K,龄为曲线参数；旦为»=1。7时曲应I出堀膨敬与多种因素相关，通常参照现有调线鞭蕤数相«雁索相彩为曜薄圈版现W船敏糊掘崎选眼棉祯俄IIK莪NU晓翊辎楼国规弛ffl绷耦臀同摆限林切缶做岫町的修眺。此妣可S-NL曲纹磨麴割面租翊岫蔚屈眼醐限砌骸M以圈徇更优的孑廉切割响和切割边缘，以及提高钢级可以获得更优的疲劳性能。表2SN曲线相关参数Ta噱贝网锥线蔺契她ve曲线编号电娘方快rameters。命吒髀cAS.m2L

21、o”2曲线四号打磨切谢僻慕席J割边缘赤戚&)1帝巧2去碧恢i打磨切割'叫寺麻磨切割边缘1-g*骚殖8祖橱I福§嗜3不打磨3.513626078196183589322疲劳损伤累计3.2.2在泉劳魏密佛设况，航速、浪向下，应力的响应谱可行狭汆始定的工况，航速、浪向下，应力的响应谱可以表示如F:(Acr)mlp(A(r)JAcr+(Ab)"1p(Acr)JA(T4-与JoAAcr)m2j>(Acr)JAc'q(A(T)n,2p(Acr)f/A(r。So(9)(9)式中：fs”为该特定工况、航速、浪向下的持续时制箕燮雕羿工况、航速、浪向下的持续时间，

22、翻蹒"长期疲劳损伤为：DLT=夕PL学Titd勺°DLT=夕PL学Titd勺°(10)(10)"T=£PlJ*lt以T。式中：PA“为该特定上况、'箫企、浪向的在长期统计虫的概勉K网该姬海况资枷豳0浪【向做底:拗期毓计腐的概率水平，可根据海况资料获得；7r为氏期分布周期选取全球范围的海浪散布图作为海况资料，且采用Pi域聊金球醐li的遍很撤伸期褪T禅况资料，旦采51珈瞰明岫妙场帅漂翁谱i作为海浪谱。3.2.3疲廊漏够购陆勒硼处的有限元模型进行细化处逊俄例您tl碰册的碱海戡国雌标缄街的硬元捌阑辂辍庖吸及板j僵和加i蜘倒虫瘢f耳现域I的施限元

23、细厕横俺秘级执板燎分辗施的茕痣缱号律图般侦施清用倘撤裱隅痛梆莓策就成榆也密:免表皱侧大开口角隅的疲劳寿命评估结果以及优化方式见表3。计优化需要耋点类沌'仞双裁3对于超大型集装箱船内微式瘢怫外板开门区域的结构强度分析、结果全面可靠,，可为同类集装箱雌境研发和设tW喉参蛰。iffiii殉渊侧wun的做i艇元细网格搬制Flrgg.l(X)IHhsgd9hIlFFimvUi顷即址时岫烦融前哩gxmnoer俊跚潇侧方开叮那I碱劳寿碱伸错熙Tghb33面gwelIf&ctfRiiiiestfeHbpjwriii&xiMTOcrrwMiLi901/据丹制级至。打磨切割啊nBEIWL2V5打磨切割边缘29板盼增加lOww打磨切割面IBHWJL313打磨切割边缘27DETAIL455/r»HmL5117抑廊晰P1W打蟾场翻»25节点编号嫩跚命郦俺化后痕莠制命/年优化方式4轿订晤本交:以1艘勿摘缀鼬农毗蜿醵作为研究对象，分别从规范计算、全船有眼元强度计算以及基于谱分析方法的疲劳强度汁算对内嵌式勉梆大并曰区域的统顾跖1蜘，汁傥绪果娜励I)外板玮口会影i物福向境团力I的偷递，内藤舜淋乏甲板辰寸-霰漫瓣泳32) 外板开口I区域的屈版和厕曲甥岫雄疵®觎范要求，且典怖一梆渤辎酸；3) 井U务隅有却简我照撅继搠她如大磐疲劳融修剿帽碾淑椭精嶙攀