大型生活区模块转运的结构强度分析研究

郭俊伟

摘 要：大型生活区模块在整体建造完工后如总装厂距离较远，则需进行远距离转场运输作业，文章主要介绍通过运用有限元计算方法校核在转运过程中模块结构的强度，确定模块本身结构是否满足要求，以保证转运过程中的安全性及转运后模块的完整性。

关键词：大型生活区模块；转运；有限元分析

中图分类号：U662 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）13-0074-02

Abstract： After the completion of the whole construction of the large living area module， if the distance of the assembly plant is relatively long， it is necessary to carry out the long-distance transposition transportation operation. This paper mainly introduces the use of finite element method to check the strength of the module structure during the transshipment process， determine whether the structure of the module itself meets the requirements， so as to ensure the security of the transshipment process and the integrity of the module after transshipment.

Keywords： large living area module； transport； finite element analysis

引言

隨着我国船厂设计及建造能力的逐步提升，越来越多的船厂进入到海工产品大型模块的设计及建造这一相对高附加值的工程领域。然而由于模块建造及整船总装经常不在同一船厂进行，完工后的大型模块就需要进行转运作业，因此保证转运过程中的安全性及转运后模块的完整性也就成为了其中一个关键环节。本文即对某大型生活区模块的转运过程运用有限元软件进行结构强度评估，以确定其转运方案的安全性及适用性。

1 某大型生活区模块简介

本文中的大型生活区模块甲板及围壁为板加筋结构，全部采用屈服极限为235兆帕的普通钢材。整个生活区共6层，总重量为1436.762吨，包括钢结构，设备及所有舾装重量。

2 转运方案简介

本大型生活区模块采用干拖方式完成转运作业，即将模块装在运输船上运到总装船厂。转运过程中的绑扎及封固方案如图1所示。

3 有限元计算简介

3.1 模型及边界条件

根据绑扎及封固方案，可以将对生活区模块的强度校核简化分为两部分单独进行，首先单独校核生活区上部眼板区域的强度，使用绑扎绳索的破断载荷，以确保此区域不会被拉坏，而由于本方案中使用的是生活区吊装所用吊耳，此区域已加厚加强，经加力简单校核，强度冗余较大，因此本文中将不介绍这部分校核方法；然后校核模块底部封固区域及整个模块的强度，不考虑绑扎绳索的影响，以下内容即为介绍这部分校核方法。

本文使用FEMAP有限元计算软件进行结构强度分析，模型包括生活区模块各层甲板及所有钢围壁结构，使用500毫米×500毫米板单元，加强筋使用梁单元，如图2所示。模型坐标系为：X轴-纵向，朝船首为正；Y轴-横向，朝左舷为正；Z轴-垂向，朝上为正。边界条件为：模块底部垂向约束，与横向止挡块接触位置约束横向，与纵向止挡块接触位置约束纵向。

3.2 计算载荷及工况

计算中的主要载荷包括整个生活区模块自重（包括甲板及钢围壁重量，管系、电缆、内装及设备所有舾装重量），风载及运动加速度载荷。

由于有限元模型仅包含模块主要的钢制结构，舾装设备材料及非主要钢制结构未建模，因此生活区模块总重量需根据重量控制报告中数据通过等比例放大材料密度的方式施加在模型中。风载由运输船所属的拖航公司根据航线及运输时间提供，载荷以面载荷的形式施加在模型上。拖航过程中的最大运动加速度也由拖航公司经过计算后提供。最终选择最恶劣的载荷工况组合进行强度校核，工况组合如下表1所示。

3.3 分析结果

本文采用的是WSD方法，许用合成应力为材料的屈服极限除以1.67的安全系数，如下表2中所示为强度校核结果，合成应力最大值发生在横摇工况为103.5兆帕，如图3中所示。

如下图4中所示为最大变形校核结果，生活区最大合成变形值发生在纵摇工况为22.75毫米。

4 结束语

（1）通过表2中的强度校核结果，可以得出结论：本文所采用的转运绑扎封固方案较为合理，生活区模块结构强度满足要求，且冗余较大。

（2）通过图4中的变形校核结果，可以得出结论：在转运过程中最大变形出现在纵摇工况下最上层甲板，且为弹性变形，不会影响模块的完整性。

（3）本文中的计算方法对转运过程中的生活区受力状态进行了简化假设，未将绑扎绳索在横摇纵摇运动中的作用考虑在内，因此本文采用的计算方法较为保守，但也较为方便快捷。

参考文献：

[1]中国船级社.钢质海船入籍规范[S].中国：中国船级社，2015.

[2]中国船级社.海上拖航指南[S].中国：中国船级社，1997.