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隨著船舶安全性要求的不斷提高，船舶系泊設(shè)備的強(qiáng)度問題越來越引人關(guān)注，系泊設(shè)備加強(qiáng)結(jié)構(gòu)損壞，嚴(yán)重影響船舶的經(jīng)濟(jì)性和安全性。事實(shí)證明，系泊設(shè)備加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的損壞在很多情況下與對(duì)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度考慮不周有關(guān)，需要進(jìn)行詳細(xì)的有限元分析。
3000噸級(jí)中國海監(jiān)船主要使命是對(duì)我國管轄海域的大陸架和專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)進(jìn)行維權(quán)巡航，保障我國的海洋權(quán)益，其安全性十分重要。CCS規(guī)范對(duì)船長超過80 m的船舶錨機(jī)基座強(qiáng)度有明確的規(guī)定。本文采用有限元計(jì)算方法對(duì)錨機(jī)基座及加強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)CCS規(guī)范相關(guān)要求對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校核。在計(jì)算中對(duì)兩種不同加載方式下計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比較，另外還計(jì)算了加強(qiáng)肘板離螺栓孔距離的大小對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。
由于錨機(jī)基座結(jié)構(gòu)型式不規(guī)則，采用簡化的梁理論進(jìn)行計(jì)算十分困難，隨著有限元計(jì)算方法在工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，用有限元方法計(jì)算船舶局部強(qiáng)度已經(jīng)非常普遍。本文采用有限元方法對(duì)錨機(jī)基座及其加強(qiáng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度校核。
模型范圍以錨機(jī)基座為中心，橫向至兩舷外板，縱向向尾至11g姆橫艙壁，向首至134銀構(gòu)件，垂向至下一層甲板。本模型共有2635個(gè)節(jié)點(diǎn)，3997個(gè)單元。邊界條件采用自由支持，約束施加在舷側(cè)和錨鏈艙與下層甲板相交處及兩端的強(qiáng)支撐構(gòu)件上。
三維有限元模型包括甲板、基座、艙壁等。所有板構(gòu)件均以板殼單元來模擬，船體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)構(gòu)件縱析、強(qiáng)橫梁的腹板用板殼單元模擬，面板用梁單元模擬，縱骨、加強(qiáng)筋、艙壁扶強(qiáng)材等用空間偏心梁單元模擬。基座面板、腹板和肘板采用板殼單元模擬。
本船系泊絞車和錨機(jī)為整體式，帶摯鏈器，左右兩舷系泊絞車和錨機(jī)通過公共底座與錨機(jī)基座連接。根據(jù)規(guī)范要求，需要校核甲板上浪工況和錨鏈破斷工況。
采用主從節(jié)點(diǎn)連接錨機(jī)形心與各個(gè)螺栓，直接將載荷施加于錨機(jī)形心處。
另外，在計(jì)算過程中發(fā)現(xiàn)加強(qiáng)肘板離螺栓的距離對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響很大，在加載方式一中補(bǔ)充計(jì)算了加強(qiáng)肘板離螺栓位置由原計(jì)算模型42~移動(dòng)至90~處的情況。
比較結(jié)果1和結(jié)果2發(fā)現(xiàn)：按照規(guī)范要求的方法將載荷分配到螺栓，計(jì)算得出的應(yīng)力值比采用主從節(jié)點(diǎn)直接將載荷加至設(shè)備形心處小；且觀察兩種方式下的應(yīng)力云圖，發(fā)現(xiàn)結(jié)果1應(yīng)力分布均勻，結(jié)果2螺栓處局部應(yīng)力大，其余區(qū)域應(yīng)力小。建議在計(jì)算中對(duì)模型施加載荷采用方式一，得出的結(jié)果可信度較高。比較結(jié)果3和結(jié)果1可見，移動(dòng)加強(qiáng)肘板遠(yuǎn)離螺栓孔嘎座端部的一個(gè)螺栓孔的距離使得應(yīng)力值迅速提高，故在設(shè)計(jì)中肘板離螺栓孔的位置在保證安裝的情況下不宜過遠(yuǎn)。結(jié)果1為最終采用的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算結(jié)果滿足要求。
通過對(duì)本船錨機(jī)基座強(qiáng)度有限元計(jì)算結(jié)果的比較，發(fā)現(xiàn)在采用主從節(jié)點(diǎn)的加載方式下會(huì)導(dǎo)致加載節(jié)點(diǎn)處應(yīng)力失真，不能較好地模擬構(gòu)件的真實(shí)受力情況，因此在計(jì)算中應(yīng)盡可能將力分解后加載。用有限元方法對(duì)其他局部構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度分析時(shí)，由于規(guī)范未給出分解載荷的簡化方法，因此只能采用主從節(jié)點(diǎn)的加載方式。為避免應(yīng)力值過度失真，建議在校核部位上模擬一段設(shè)備基座后加載。
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