论挖泥船上台过程中平衡梁的有限元分析

刘　刚

(天津中交博迈科海洋船舶重工有限公司， 天津 300456)



论挖泥船上台过程中平衡梁的有限元分析

刘刚

(天津中交博迈科海洋船舶重工有限公司， 天津 300456)

摘要近几年，我国的造船和修船事业发展很快，技术水平也在大幅提高。其中有限元分析在船舶整个建造过程中的应用有着举足轻重的作用。而其计算的准确与否，是否符合实际情况，这就直接关系到安全问题，不可轻视。

关键词ANSYSPATRAN有限元分析梁分析

0前言

本文主要介绍挖泥船在上台过程中平衡梁的有限元分析，根据实际的工况进行加载，通过对平衡梁的有限元静力分析，为船舶上台提供可靠的技术支持，同时也是一次有限元分析在实际问题中的应用，并经过了实践检验。希望通过此文的深入解析，能给大家提供一些参考和帮助。

1挖泥船上台介绍

挖泥船主要参数：总长为66.85 m，型宽为18 m，型深为4.25 m,重量约为2 100 t(拆除了部分构件后)。滑靴的中心间距约为18 m。主要上台设备有四条滑靴，三根平衡梁(位于船体FR30，FR60和FR87)，浮船坞，绞车，还有一些钢丝绳主锁具等。浮船坞甲板上铺好工装滑道，滑靴置于工装滑道上，平衡梁承载主船体置于滑靴上，通过绞车将滑靴拖拉上台，如图1，图2所示。

2有限元分析

2.1平衡梁构造

三根平衡梁分布于FR30，FR60和FR87肋位的船体底部，用于支撑船体，平衡梁结构如图3所示。由于滑靴跨距为18 m，平衡梁两端高度方向有缩减，为了配合滑靴，这里做了个加强(见图4)。由于梁的最大应力会出现在平衡梁中间段，这里简化了有限元建模，做成一个长方形。

图1　挖泥船30号肋位横剖面图①

图2　挖泥船30号肋位横剖面图②

图3　平衡梁结构图

图4　平衡梁加强结构图

2.2有限元模型

采用PATRAN有限元分析软件，建模参照平衡梁结构图。

(1) 单位：m,N,kg。

(2) 分析中板材使用 shell 单元模拟，该单元具有四个节点，六个自由度，分别是x、y、z 方向上的平动位移和转动位移。

(3) 材料特性。平衡梁的钢材许用拉应力为235 MPa；杨氏模量=2.06E+11 N/m2；泊松比=0.3；密度=7 850 kg/m3。

2.3边界和载荷

(1) 边界。考虑实际情况，在距平衡梁中心9 m的位置，一面约束X，Y，Z方向上的线位移，另一面约束Y，Z方向上的线位移。

(2) 载荷。空船重2 100 t，因此每个平衡梁承重700 t，均布在平衡梁与船底的接触面上。

3有限元分析结果

由图5可知最大应力峰值为218 MPa，小于许用应力235 MPa。最大变型为70.2 mm，小于许用应变73.3 mm (L/300)。最大应力应变出现在平衡梁中间段。

由图6可知，XY平面最大剪应力为34.7 MPa，小于141 MPa(0.6倍的许用应力)。

4手工计算

5总结

从手工计算和有限元分析的结果对比来看非常接近，理论结果是可信的，但是最大拉应力与许用应力非常接近，没有安全系数可言，Ns=235/218=1.08，不能光看应力结果为准。

船舶上台之后在现场实测了一下平衡梁的变型，三根平衡梁的变型平均值为58.7 mm。看上去和分析的结构相差较大，其实船舶本身可看做是一个横向的梁，船体的横向构件可以计入抗横向弯曲的剖面模数。平衡梁的实际应力小于计算结果，是偏安全的。

图5　应力分析结果

图6　剪力分析结果　　　　　　　　　　　　　[下转第49页]

Finite Element Analysis of Balance Beam in the Process

of Dredger up to the Slipway

LIU Gang

(CCCC Bomesc Marine Industry Co., Ltd., Tianjin 300456, China)

AbstractIn recent years, with the rapid development of shipbuilding and ship repair business in our country, the technical level of shipbuilding has also been increased greatly. For the technologies, the Finite Element Analysis plays an important role in the process of shipbuilding, especially in the process of structure design, superstructure lifting and etc. Whether the calculation is accurate and whether it is in line with actual situation, all of these have close relation to the safety issue which can not to be sneezed at.

KeywordsANSYSPATRANFinite Element AnalysisBeam analysis

中图分类号U662

文献标志码A

作者简介：刘刚(1985-)，男，船舶设计员。