108 m甲板货船总纵强度直接计算分析

2014-07-31高茂进

江苏船舶 2014年3期

关键词：静水货船校核

高茂进，吴介

(1.连云港市地方海事局, 江苏连云港 222004；2.江苏科技大学, 江苏镇江 212003)

108 m甲板货船总纵强度直接计算分析

高茂进1，吴介2

(1.连云港市地方海事局, 江苏连云港 222004；2.江苏科技大学, 江苏镇江 212003)

以108 m甲板货船为研究对象，使用Maxsurf 软件进行静水弯矩、静水剪力计算，采用挪威船级社SESAM软件，基于三维线性切片理论对船体的波浪弯矩与波浪切力进行预报，参照《国内航行海船建造规范》(2012)对该甲板货船进行总纵强度校核。计算结果表明，该甲板货船总纵弯曲强度、剪切强度与屈曲强度均满足规范要求，校核过程对同类型船舶的总纵强度校核具有一定的参考意义。

甲板货船；总纵强度；波浪载荷预报

0 引言

甲板货船由于具有行动相对灵活，便于装卸，利用率高等特点，在沿海运输中得到了较为广泛的应用。甲板货船在甲板上放置货物，故无需设置货舱，同时还能获得较大的载重量。但较大的载货甲板通常导致甲板货船比常规船宽，不满足中国船级社《国内航行海船建造规范》(2012)中L/B>5，B/D≤2.5的条件，该类船舶属于超肥大浅吃水型超规范船舶，其强度需要直接计算[1～3]。

对于L≥65 m的船舶应按规范对其总纵强度进行校核。108 m甲板货船尺度比为L/B=4.02<5，B/D=3.79>2.5，不满足中国船级社《国内航行海船建造规范》(2012)的适用条件，故需要对其总纵强度进行直接计算分析，并提交审批。本船总纵强度校核所需静水弯矩与剪力采用澳大利亚的Maxsurf 软件计算，波浪弯矩与剪力采用挪威船级社(DNV)的SESAM软件进行计算。文中，L为船长，B为船宽，D为型深。

1 实船概要

108 m甲板货船主要尺度为：总长108.0 m，水线长103.0 m，垂线间长100.6 m，型宽25.0 m，型深6.6 m，设计吃水4.9 m，肋距0.6 m，航区近海。5种计算工况分别为：满载出港、满载到港、压载出港、压载到港、满载结冰出港。

108 m甲板货船总布置图如图1所示。

图1 108 m甲板货船总布置图

2 静水载荷计算

各工况下的船舶静水弯矩和剪力使用Maxsurf软件计算。首先根据此甲板货船型线图使用MaxsurfPro模块进行船体建模，再根据稳性计算书所得数据使用HydromaxPro模块对各工况进行分别计算, 所得最大静水弯矩和剪力绝对值包络线图分别如图2和图3所示。

3 波浪载荷直接预报

本船波浪载荷直接预报使用挪威船级社的SESAM软件完成。采用前处理器Patran-Pre完成水动力计算所需要的船体湿表面网格和各工况下的质量棒分布模型,再使用WADAM与 POSTRESP模块分别完成船体波浪动压力的计算与波浪诱导载荷的长短期预报。Patran-Pre所画船体湿表面网格模型如图4所示。

图2 最大静水弯矩绝对值包络线图

图3 最大静水剪力绝对值包络线图

图4 Patran-pre中船体湿表面网格模型

本计算采用的单位量纲为：N·m。坐标系统采用右手坐标系,X轴向船首为正方向,Y轴向左舷为正方向,Z轴向上为正方向，原点位于各工况下基线与船舶重心垂向位置交点处。采用三维线性切片理论与IACS建议波浪资料进行波浪弯矩计算，航速取为0 kn。水动力计算时波浪载荷设计计算值取10-8概率水平(代表设计寿命为20 a)。通过SESAM计算可得，波浪垂直弯矩最大值位于船中处，波浪垂直切力最大值位于艏艉1/4船长处。本船最大波浪垂直弯矩与垂直剪力计算结果列于表1、表2。

表1 最大波浪垂直弯矩计算值

表2 最大波浪垂直剪力计算值

4 结果分析

4.1 船体弯曲强度校核

根据结构横剖面图，经计算舯剖面结构型心高为3.875 m，垂向惯性矩为12.468 m4，甲板剖面模数4.576 m3，船底剖面模数3.217 m3，许用弯曲应力为175 MPa。静水弯矩和波浪弯矩的组合最大值出现在满载到港工况，数值为425 198 kN·m，则船体梁最大应力在船底，其数值为132.17 MPa，小于许用应力175 MPa，因此，弯曲强度满足《国内航行海船建造规范》(2012)的要求。

4.2 船体剪切强度校核

综合各计算工况，静矩为2.5 cm3，最大合成剪力为15 639.00 kN；计算横剖面对水平中和轴的惯性距为12.467 cm4，舷侧外板和舱壁总厚为54 mm。最大舷侧外板和舱壁的剪切应力为47.61 MPa,小于许用剪切应力110 MPa，因此，剪切强度满足《国内航行海船建造规范》(2012)的要求。

4.3 船体屈曲强度校核

根据《国内航行海船建造规范》(2012)规定，船长大于90 m的船舶，受船体梁弯曲和剪切应力的格板及纵向构件还应按规范进行屈曲强度校核。分别计算格板和纵骨的工作压应力、理想弹性屈曲应力、临界屈曲应力，最后比较是否满足规范。经计算，船体屈曲强度满足规范要求。