基于多支点接触的运输船结构强度分析

    褚伟波　马成良

    摘 要：本文立足于海上重大件运输的实际，利用有限元分析软件对港珠澳大桥分段运输船的结构强度进行有限元分析。计算从具体海况的实际出发，在分析多支点反力的时候，考虑了中垂和中拱这两种极端恶劣的情况。 为重大件海上运输课题拓宽了思路。

    关键词：重大件 多支点 有限元分析

    货物装载信息

    每船运输3段钢桥分段，每段钢桥底部对应强结构分别有18道枕木支撑。

    运输船船长225米，船宽40米，型深13.5米，航行吃水为8.5米。

    钢桥分段每段重2500吨，长110米，宽33.1米，高4.5米。

    有限元模型

    取整个甲板所在舱段进行建模分析。

    约束和载荷加载

    1、约束加载

    船长两端进行全约束。

    2、载荷加载

    主要考虑三种载荷：加速度载荷、钢桥分段产生的载荷、压载水及波浪产生的静载。

    2.1加速度计算

    加速度的计算考虑了如下几个方面

    2.1.1气象导航

    航行过程中由WINI公司全程提供气象导航信息，确保运输船在设计海况条件内航行。

    2.1.2环境参数

    a航线：

    启航海域：上海

    到达海域：珠海（广东）

    经过海区：28，40，41航行日期：11年5月～11月

    b 环境数据：

    根据航行线路和BMT公司提供的海区海浪谱数据，预计整个航线中最恶劣的海区为南中国海（40区），而40海区在5到11月期间，最恶劣的季节为9到11月份。据此，以40海区11月份的海浪谱作为极限气象条件进行海运计算。

    2.2钢桥分段对船体的压力

    通过对简化的钢桥分段及船体进行有限元分析，计算分中垂及中拱两种工况进行，然后分别由计算结果中提取的节点力，得到钢桥分段对船体的下压力。

    有限元模型如图5所示。其中：船体和钢桥分段用beam188模拟，截面为等效截面，密度为等效密度。中间枕木连接用link10模拟，只承受压力。

    2.2.1约束加载

    中垂：对船体梁两端进行垂向约束。

    中拱：对船体梁中部进行垂向约束。

    2.2.2载荷加载

    除了受到各项加速度之外，还需考虑船体的钢结构重量分配、满足航运稳性配载的压载水以及燃油等重量的分配、中垂及中拱海况下的海水对船底部的浮力分配。最后，把以上各因素等效成船体梁单元的密度，加载到模型中去。

    由于货物重量分布和运输船在航行过程中的变形导致受力不均。大跨度，多支点接触的海上运输的设计一直是一个的难点。本文利用有限元对多支点钢桥进行等效建模，有利于方案的制定及调整，且便捷高效。同时，也给相关设计和计算提供了方法上的借鉴。

    参考文献：

    [1] 边文凤 白光辉 吴忠友 张崇杰 不同船体结构形式在波浪载荷下的结构性能比较 船舶力学

    （作者单位：上海振华重工（集团）股份有限公司，完成时间：2015年06月02日，职务：设计主管）