27000 DWT多用途船结构有限元分析

华 康

（上海船舶研究设计院，上海 200032）

0 引言

多用途船是仅次于散货船、集装箱船和油船这三大主流船型的中小型船舶。多用途船结构规范大多参照散货船规范。27000 DWT多用途船就是基于IACS散货船结构共同规范 （2008年版）设计校核的。

1 主尺度

2 结构型式

27000 DWT级载重量多用途船，船体采用船用普通钢、AH36高强度钢。货舱区域为双舷侧结构，肋骨间距为715 mm；无顶边舱和底边舱；双层底高1800 mm，实肋板间距2145 mm；设有11根双层底纵桁：1根中纵桁、2根1660 mm off CL旁纵桁、2根4160 mm off CL旁纵桁、2根6660 mm off CL旁纵桁、2根9160 mm off CL旁纵桁、2根11800 mm off CL旁纵桁；横舱壁采用平面舱壁结构。船舶满载隔舱装载工况时，第二、第四、第五货舱装货，第一、第三货舱为空舱；船舶无重压载工况。

3 结构有限元模型

3.1 模型范围

以第三货舱为例，采用三维有限元模型，根据CSR-BC规范的要求，有限元模型的纵向范围应覆盖三个货舱长度和四个横舱壁。模型端部的横舱壁应连同各自壁凳包括在模型中。模型端部应形成垂直平面，任何位于端面位置的强框架应包括在模型中。有限元模型应覆盖船舶的两舷，以考虑横向波浪载荷的不对称性。舱段模型的纵向范围从81肋位到218肋位，其中81肋位、122肋位、127肋位、132肋位、173肋位、218肋位为横舱壁所在肋位，横向范围为船体型宽，垂向范围为船体型深，有限元模型见图1。

船体的部分开孔采用等效板厚的方法处理。

3.2 坐标系

坐标系采用右手坐标系，如图1所示，原点O位于Fr40号船底中线处，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。

图1 空舱段（No.3）有限元模型示意图

3.3 边界条件

根据CSR-BC规范的要求，边界条件为模型两端简支，见表1和表2所示。端部两剖面的纵向构件节点应与位于中心线上中和轴处的独立点刚性相关，见表1。两端独立点的约束见表2。

表1 两端的刚性关联

表2 独立点的支撑条件

4 载荷工况

计算第三、第四货舱，其中第三为空舱、第四为重货舱。根据CSR-BC规范的要求，选择BC-A船舶有限元直接强度分析所适用的标准装载工况。

5 许用应力

该船采用普通钢 （Mild）和部分高强度钢（AH36）。 其材料换算系数 K 分别为 1.0、0.72。

根据CSR－BC规范第7章第2节3《分析衡准》中许用应力的规定，考查应力为有限元分析中得到的平面单元（壳或膜）中心的Von Mise相当应力。

6 应力结果汇总

见表 3～表 6。

表3 第三货舱屈服各工况最大结果

表4 第三货舱屈曲各工况最大结果

表5 第四货舱屈服各工况最大结果

表6 第四货舱屈曲各工况最大结果

7 结语

本文叙述了27000 DWT多用途船使用CSR散货船规范进行有限元计算的主要过程和结果。根据计算结果分析总结如下：

1）多用途船区别于散货船的一个很大特点是没有顶边舱和底边舱，造成舷侧外板及舷侧内壁都直接与甲板板和内底板及舭部连接，结构缺乏类似底边舱斜板的过渡，直上直下的结构形式会造成应力集中（如双舷侧内壁与内底板交接处）。在设计初期有必要特别考虑予以加厚。

2）有限元校核舱段弯曲和剪切强度时候，会进行修正。修正法一般分为直接法和叠加法。CCS有限元软件采取直接法进行校正。特别要注意的是剪切修正时，程序在两端mpc处施加同向的一对力偶，从而产生一均布剪力，此方法只修正某一横舱壁处的剪力值，而中间舱段的另一端横舱壁处剪力值将被调整变大或变小，数值不再准确，不可继续作为分析数据。

3）本船同时具有CSR散货船和集装箱船船级符号，根据设计经验，多用途船结构强度在满足CSR散货船规范前提下通常满足集装箱船规范规定的强度要求。另一方面，多用途船舱长一般很长，船宽方向一般也采用较大开口，这将导致船体梁大开口扭转问题。散货船规范不会对其进行特别校核，从安全角度考虑推荐对开口结构进行额外的扭转强度计算。