108 m甲板貨船總縱強度直接計算分析

高茂進，吳 介

(1.連云港市地方海事局, 江蘇 連云港 222004；2.江蘇科技大學, 江蘇 鎮江 212003)

108 m甲板貨船總縱強度直接計算分析

高茂進1，吳 介2

(1.連云港市地方海事局, 江蘇 連云港 222004；2.江蘇科技大學, 江蘇 鎮江 212003)

以108 m甲板貨船為研究對象，使用Maxsurf 軟件進行靜水彎矩、靜水剪力計算，采用挪威船級社SESAM軟件，基于三維線性切片理論對船體的波浪彎矩與波浪切力進行預報，參照《國內航行海船建造規范》(2012)對該甲板貨船進行總縱強度校核。計算結果表明，該甲板貨船總縱彎曲強度、剪切強度與屈曲強度均滿足規范要求，校核過程對同類型船舶的總縱強度校核具有一定的參考意義。

甲板貨船；總縱強度；波浪載荷預報

0 引言

甲板貨船由于具有行動相對靈活，便于裝卸，利用率高等特點，在沿海運輸中得到了較為廣泛的應用。甲板貨船在甲板上放置貨物，故無需設置貨艙，同時還能獲得較大的載重量。但較大的載貨甲板通常導致甲板貨船比常規船寬，不滿足中國船級社《國內航行海船建造規范》(2012)中L/B>5，B/D≤2.5的條件，該類船舶屬于超肥大淺吃水型超規范船舶，其強度需要直接計算[1～3]。

對于L≥65 m的船舶應按規范對其總縱強度進行校核。108 m甲板貨船尺度比為L/B=4.02<5，B/D=3.79>2.5，不滿足中國船級社《國內航行海船建造規范》(2012)的適用條件，故需要對其總縱強度進行直接計算分析，并提交審批。本船總縱強度校核所需靜水彎矩與剪力采用澳大利亞的Maxsurf 軟件計算，波浪彎矩與剪力采用挪威船級社(DNV)的SESAM軟件進行計算。文中，L為船長，B為船寬，D為型深。

1 實船概要

108 m甲板貨船主要尺度為：總長108.0 m，水線長103.0 m，垂線間長100.6 m，型寬25.0 m，型深6.6 m，設計吃水4.9 m，肋距0.6 m，航區近海。5種計算工況分別為：滿載出港、滿載到港、壓載出港、壓載到港、滿載結冰出港。

108 m甲板貨船總布置圖如圖1所示。

圖1 108 m甲板貨船總布置圖

2 靜水載荷計算

各工況下的船舶靜水彎矩和剪力使用Maxsurf軟件計算。首先根據此甲板貨船型線圖使用MaxsurfPro模塊進行船體建模，再根據穩性計算書所得數據使用HydromaxPro模塊對各工況進行分別計算, 所得最大靜水彎矩和剪力絕對值包絡線圖分別如圖2和圖3所示。

3 波浪載荷直接預報

本船波浪載荷直接預報使用挪威船級社的SESAM軟件完成。采用前處理器Patran-Pre完成水動力計算所需要的船體濕表面網格和各工況下的質量棒分布模型,再使用WADAM與 POSTRESP模塊分別完成船體波浪動壓力的計算與波浪誘導載荷的長短期預報。Patran-Pre所畫船體濕表面網格模型如圖4所示。

圖2 最大靜水彎矩絕對值包絡線圖

圖3 最大靜水剪力絕對值包絡線圖

圖4 Patran-pre中船體濕表面網格模型

本計算采用的單位量綱為：N·m。坐標系統采用右手坐標系,X軸向船首為正方向,Y軸向左舷為正方向,Z軸向上為正方向，原點位于各工況下基線與船舶重心垂向位置交點處。采用三維線性切片理論與IACS建議波浪資料進行波浪彎矩計算，航速取為0 kn。水動力計算時波浪載荷設計計算值取10-8概率水平(代表設計壽命為20 a)。通過SESAM計算可得，波浪垂直彎矩最大值位于船中處，波浪垂直切力最大值位于艏艉1/4船長處。本船最大波浪垂直彎矩與垂直剪力計算結果列于表1、表2。

表1 最大波浪垂直彎矩計算值

表2 最大波浪垂直剪力計算值

4 結果分析

4.1 船體彎曲強度校核

根據結構橫剖面圖，經計算舯剖面結構型心高為3.875 m，垂向慣性矩為12.468 m4，甲板剖面模數4.576 m3，船底剖面模數3.217 m3，許用彎曲應力為175 MPa。靜水彎矩和波浪彎矩的組合最大值出現在滿載到港工況，數值為425 198 kN·m，則船體梁最大應力在船底，其數值為132.17 MPa，小于許用應力175 MPa，因此，彎曲強度滿足《國內航行海船建造規范》(2012)的要求。

4.2 船體剪切強度校核

綜合各計算工況，靜矩為2.5 cm3，最大合成剪力為15 639.00 kN；計算橫剖面對水平中和軸的慣性距為12.467 cm4，舷側外板和艙壁總厚為54 mm。最大舷側外板和艙壁的剪切應力為47.61 MPa,小于許用剪切應力110 MPa，因此，剪切強度滿足《國內航行海船建造規范》(2012)的要求。

4.3 船體屈曲強度校核

根據《國內航行海船建造規范》(2012)規定，船長大于90 m的船舶，受船體梁彎曲和剪切應力的格板及縱向構件還應按規范進行屈曲強度校核。分別計算格板和縱骨的工作壓應力、理想彈性屈曲應力、臨界屈曲應力，最后比較是否滿足規范。經計算，船體屈曲強度滿足規范要求。

5 結論

(1)通過直接計算得出：本船的彎曲強度、剪切強度和屈曲強度均滿足《國內航行海船建造規范》(2012)的要求。

(2)通過SESAM計算結果可以發現,波浪垂向彎矩的最大值一般位于船中處，波浪垂向剪力的最大值一般位于離艏艉1/4 船長處。

(3)本文直接計算所得結果滿足工程應用要求，對于同類型不滿足規范條件的船舶可參考此方法進行總縱強度校核。

[1] 黃敏.3 000 DWT甲板貨船總縱強度計算分析[J].中國水運, 2013,(11):28-29.

[2] 劉磊.內河甲板駁船的加寬改裝結構強度研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學,2013.

[3] 宋健.2 500 t起重船總縱強度計算[J].江蘇船舶,2010,27(5):12-14,44.

[4] 中國船級社.國內航行海船建造規范(2012)[M].北京：人民交通出版社,2012.

2013-09-02

高茂進(1967-)，男，高級工程師，主要從事船舶檢驗工作；吳介(1991-)，男，碩士研究生，研究方向為海洋結構物水動力分析。

U661.43

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