徐　洁，汤在义，范　强

(1.无锡市兴隆船舶有限公司，江苏 无锡 214216；2.扬州市地方海事局，江苏 扬州 225009)

92.6 m江海直达货船舱口盖结构强度分析

徐洁1，汤在义2，范强1

(1.无锡市兴隆船舶有限公司，江苏 无锡 214216；2.扬州市地方海事局，江苏 扬州 225009)

摘要：由于舱口盖在外部风浪载荷以及压载荷的情况下易引起舱口盖结构强度的破坏，影响船体整体性能，以92.6 m江海直达货船舱口盖作为研究对象，采用PATRAN/NASTRAN有限元软件，建立相应的有限元模型，考虑3种类型一样但数值不同的载荷：舱口盖上载荷按照第1、第2、第3块舱口盖依次压力为36.12、33.70、30.31 kN，根据规范的要求施加相应的边界条件，并根据规范许用应力的要求对计算结果进行了分析。计算结果表明本船的舱口盖结构强度满足规范的要求。

关键词：货船；舱口盖；载荷；有限元法

0引言

随着国内CAE技术的大幅度进步，之前根据船舶结构设计人员经验对结构优化增强已经远远不够用，使用有限元软件对整船进行强度校核已经较为成熟。本文以92.6 m江海直达货船舱口盖作为讨论目标，采用大型有限元软件MSC.PATRAN/NASTRAN进行有限元计算以及分析，参照中国船级社CCS规范，研究3个数值不同的压载荷结构应力形变情况。

1舱口盖的介绍及其主尺度

1.1选取舱口盖之间的对比

吊离式舱口盖和折叠式舱口盖为目前常用的2种舱口盖，其结构形式分别如图1、图2所示。

吊离式舱口盖具有简单可靠，无需配置驱动装置等优点，故造价便宜，维修保养方便。因盖板块数不受限制，适合于各种长度的舱口，也适合于各层甲板舱口，因此较多应用于全集装箱船露天甲板、多用途船中间甲板及长舱口的舱口盖，也常常与单拉式或折叠式组合在一起，作为长舱口的组合舱口盖。该舱口盖不适合于无起货设备的散货船。在全集装箱船中，尽管无起货设备，但可用码头上集装箱专用吊架吊放盖板，吊离一块盖板如同吊离一只集装箱，十分方便。

折叠式舱口盖强度好，不易损坏，适宜装载各种甲板货物；横接缝无需设压紧器，滚轮无需设顶升装置，启闭操作简单可靠；收藏长度及高度适应性大，既适用于露天甲板，也适用于中间甲板，故广泛应用于普通干货船、多用途船、冷藏船、木材运输船及中小型散货船。

综上所述，考虑折叠式经济效益好，用途较广，强度高以及适宜装载各种货物，而吊离式舱口盖多用于集装箱船，需要特定的起货设备，故92.6 m江海直达货船选择折叠式舱口盖。

图1　吊离式舱口盖

图2　折叠式舱口盖

1.2船舶主尺度及其相关参数

92.6 m江海直达货船主要尺度：总长92.6 m，垂线间长88.56 m，型宽16.20 m，型深6.80 m，满载吃水5.30。该船是按吃水5.30 m设计的全部使用焊接的钢质船舶。本船设计为双底纵骨架式结构，船舶整体结构满足中国船级社的要求。

该船使用舱口盖共有2种尺寸，其中第1、第2块舱口盖宽为1.7 m，长为12.06 m，第3块舱口盖宽为2.8 m，长为12.06 m。

2有限元模型

2.1结构模型

本文以92.6 m江海直达货船舱口盖作为研究对象，采用大型有限元软件建模分析。

2.2边界条件

根据实际可推出该舱口盖模型纵方向以及横方向限位器的特点，在纵向该方向的自由度为0，在横向该方向的自由度为0，支撑块垂向自由度为0。

2.3计算载荷

根据《国内航行海船建造规范》(2015)，舱口盖除要按照该篇规范第2章第20节的计算以外，位于从首垂线起至0.25L(船长)范围内的舱口盖的最小尺寸，而且还应满足该规范第8章第8节的要求。

2.3.1计算载荷

2.3.1.1计算载荷说明

按照上述规范第8章第8节可知，作用在舱口盖盖板上压力P应用下面公式计算：

2.3.1.2各载荷的计算

本船一共20块舱口盖，其中第1、第2块上压载荷分别为36.12、33.70 kN/m2，第3块至第20块舱口盖上所受到的压载荷为30.31 kN/m2。计算压载荷时除了A不同外，其余参数均为定值，其中V=13 kn、L=92.6 m、Cb=0.74、df=3.92 m，第1块舱口盖A=1.43，第2块舱口盖A=1.22，第3块舱口盖A=1.00，最终根据以上数据求得3种压载荷的数值。

2.3.2强度衡准

本船货舱盖采用CCSA钢。根据中国船级社《国内航行海船建造规范(2015)》第8章第8节“货舱舱口盖尺寸的确定”中8.8.3“强度衡准”及《国内航行海船建造规范(2015)》第2篇第2章第20节表2.20.9.2中钢制箱型舱口盖挠度的规定：

舱口盖上受到压载荷，其支撑构件许用正应力[σ]=0.80ReH

许用挠度=0.002 2l0

式中：ReH为材料的屈服应力，ReH=235 MPa；l0为舱口盖扶强材的跨距，本船l0=12.06 m。

本船舱口盖强构件(端横梁/纵桁)均为AH36，ReH=355 MPa，其他板材及角钢等为CCSA。通过上述公式带入各材料的屈服应力，计算出甲板许用正应力为188 MPa，梁系许用正应力为284 MPa，钢质舱口盖最大位移许用值为0.026 5 m。

3结果分析

舱口盖的最大应力数据见表1，板上最大变形数据见表2。通过对舱口盖上整体结构应力云图以及整体变形云图发现，本船舱口盖的最大应力和最大变形出现在第3块上，其应力云图以及整体变形云图如图3～图4所示。

表1　舱口盖结构最大应力汇总

表2　板架最大变形汇总

图3　第3块舱口盖应力云图

图4　第3块舱口盖变形云图

4结论

(1)92.6 m江海直达货船的舱口盖在上述3种工况下结构强度低于许用值，舱口盖设计符合规范的强度设计要求。

(2)根据计算结果可知，本船舱口盖的最大应力和最大变形出现在工况3，此时舱口盖上的压力为30.31 kN/m2。

(3)进行分析可以得出完善的模型、标准的网格划分。通过对本船舱口盖结构强度的计算结果研究发现，合理的约束条件是得出有限元计算正确结果的必要条件。

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收稿日期：2015-11-10

作者简介：徐洁(1988—),女,助理工程师,从事船舶质量检验工作；汤在义(1972—)，男，助理工程师，从事船检工作；范强(1989—)，男，从事船体结构工作。

中图分类号：U661.43

文献标志码：A