双体起重工作船总强度有限元分析

2012-04-01张彬

江苏船舶 2012年3期

张彬

(泰州市地方海事局，江苏泰州225307)

0 引言

随着海洋石油开发、大型海上工程、港建水工作业、海上风电机场、造船工程和海难救助事业的发展，作为不可缺少的工程船舶的大型起重船近几十年来有了长足的发展。起重船是技术形态较复杂的工程船，除了涵盖常规船舶的技术特点外，还具有特殊的性能和要求。其与常规船在线型、主尺度和装载上主要差别为甲板面积大;船舶宽度与吃水之比远远超出常规船，起重船一般为6～14，常规船约为2～3;起重船船型以箱型居多。

700 t双体起重工作船是一艘特殊的起重船，由连接桥及两个对称的、具有相同线型且平行布置的片体组成，两个片体通过尾部连接桥紧紧地连接在一起。连接两片体的连接桥除了承受波浪载荷意外，影响最大的是横向弯曲及扭转力矩[1]。由于本文涉及的起重工作船兼具双体船和起重船的双重定义，结构形式又不同于一般的双体船，仅其尾部有连接桥，因此船的结构相对更为复杂。在分析双体船的总横强度及扭转强度时，一般采用有限元分析程序进行计算[2，3]。冯坚、谷家扬根据《内河高速船入级与建造规范(2002)》采用有限元方法对11.9 m双体交通艇总强度进行了有限元分析[4]，管义锋、黄涣青、谷家扬等[5]根据《海上高速船入级与建造规范(2005)》对沿海航区的27.6 m双体铝合金高速客船强度进行了分析，根据计算结果对船体的结构设计提出了合理建议。

本文利用大型有限元分析软件 MSC/PATRAN、MSC/NASTRAN对700 t双体起重工作船总横强度及扭转强度进行校核。本船根据《钢质内河船舶建造规范(2009)》的要求进行设计建造。目前，该规范中关于连接桥设计的内容较少，但在总强度要求中提出应校核总横强度和扭转强度。

1 船舶主要参数

本船设计航区为内河B级，主要功能是将修理的船舶尾梢抬起，以便水下工程检修、保养，同时配置辅助加工设备，增强舾装码头能力。船体材料使用CCS－A级钢板，片体船底、甲板及舷侧骨架均为纵骨架式，连接桥及抗扭箱骨架为纵骨架式。本船总长60.00 m，水线长60.00 m，型宽41.20 m，型深3.20 m，设计吃水1.60 m，肋距0.50 m。总布置图和起重机构总成分别如图1和图2所示。

2 有限元模型

2.1 结构模型

700 t双体起重工作船为左右对称结构，整个模型取最上层主甲板以下全船结构。模型范围:整个船长;横向为整个船宽;垂向为从基线至最上层主甲板。模型片体/连接桥甲板、舷侧板、片体/连接桥底板、横舱壁/横隔板、纵桁、强横梁以及各强构件腹板等均采用二维3、4节点壳单元模拟，其他纵骨、加强筋以及强构件面板等用2节点梁单元模拟。本模型总节点数为112 026，单元数为171 577。模型材料:弹性模量E=2.06×105MPa，密度2.75 t/m3，泊松比0.3。模型如图3、图4所示。