論挖泥船上臺過程中平衡梁的有限元分析

劉　剛

(天津中交博邁科海洋船舶重工有限公司， 天津 300456)

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論挖泥船上臺過程中平衡梁的有限元分析

劉剛

(天津中交博邁科海洋船舶重工有限公司， 天津 300456)

摘要近幾年，我國的造船和修船事業(yè)發(fā)展很快，技術(shù)水平也在大幅提高。其中有限元分析在船舶整個建造過程中的應(yīng)用有著舉足輕重的作用。而其計算的準確與否，是否符合實際情況，這就直接關(guān)系到安全問題，不可輕視。

關(guān)鍵詞ANSYSPATRAN有限元分析梁分析

0前言

本文主要介紹挖泥船在上臺過程中平衡梁的有限元分析，根據(jù)實際的工況進行加載，通過對平衡梁的有限元靜力分析，為船舶上臺提供可靠的技術(shù)支持，同時也是一次有限元分析在實際問題中的應(yīng)用，并經(jīng)過了實踐檢驗。希望通過此文的深入解析，能給大家提供一些參考和幫助。

1挖泥船上臺介紹

挖泥船主要參數(shù)：總長為66.85 m，型寬為18 m，型深為4.25 m,重量約為2 100 t(拆除了部分構(gòu)件后)。滑靴的中心間距約為18 m。主要上臺設(shè)備有四條滑靴，三根平衡梁(位于船體FR30，F(xiàn)R60和FR87)，浮船塢，絞車，還有一些鋼絲繩主鎖具等。浮船塢甲板上鋪好工裝滑道，滑靴置于工裝滑道上，平衡梁承載主船體置于滑靴上，通過絞車將滑靴拖拉上臺，如圖1，圖2所示。

2有限元分析

2.1平衡梁構(gòu)造

三根平衡梁分布于FR30，F(xiàn)R60和FR87肋位的船體底部，用于支撐船體，平衡梁結(jié)構(gòu)如圖3所示。由于滑靴跨距為18 m，平衡梁兩端高度方向有縮減，為了配合滑靴，這里做了個加強(見圖4)。由于梁的最大應(yīng)力會出現(xiàn)在平衡梁中間段，這里簡化了有限元建模，做成一個長方形。

圖1　挖泥船30號肋位橫剖面圖①

圖2　挖泥船30號肋位橫剖面圖②

圖3　平衡梁結(jié)構(gòu)圖

圖4　平衡梁加強結(jié)構(gòu)圖

2.2有限元模型

采用PATRAN有限元分析軟件，建模參照平衡梁結(jié)構(gòu)圖。

(1) 單位：m,N,kg。

(2) 分析中板材使用 shell 單元模擬，該單元具有四個節(jié)點，六個自由度，分別是x、y、z 方向上的平動位移和轉(zhuǎn)動位移。

(3) 材料特性。平衡梁的鋼材許用拉應(yīng)力為235 MPa；楊氏模量=2.06E+11 N/m2；泊松比=0.3；密度=7 850 kg/m3。

2.3邊界和載荷

(1) 邊界。考慮實際情況，在距平衡梁中心9 m的位置，一面約束X，Y，Z方向上的線位移，另一面約束Y，Z方向上的線位移。

(2) 載荷。空船重2 100 t，因此每個平衡梁承重700 t，均布在平衡梁與船底的接觸面上。

3有限元分析結(jié)果

由圖5可知最大應(yīng)力峰值為218 MPa，小于許用應(yīng)力235 MPa。最大變型為70.2 mm，小于許用應(yīng)變73.3 mm (L/300)。最大應(yīng)力應(yīng)變出現(xiàn)在平衡梁中間段。

由圖6可知，XY平面最大剪應(yīng)力為34.7 MPa，小于141 MPa(0.6倍的許用應(yīng)力)。

4手工計算

5總結(jié)

從手工計算和有限元分析的結(jié)果對比來看非常接近，理論結(jié)果是可信的，但是最大拉應(yīng)力與許用應(yīng)力非常接近，沒有安全系數(shù)可言，Ns=235/218=1.08，不能光看應(yīng)力結(jié)果為準。

船舶上臺之后在現(xiàn)場實測了一下平衡梁的變型，三根平衡梁的變型平均值為58.7 mm。看上去和分析的結(jié)構(gòu)相差較大，其實船舶本身可看做是一個橫向的梁，船體的橫向構(gòu)件可以計入抗橫向彎曲的剖面模數(shù)。平衡梁的實際應(yīng)力小于計算結(jié)果，是偏安全的。

圖5　應(yīng)力分析結(jié)果

圖6　剪力分析結(jié)果　　　　　　　　　　　　　[下轉(zhuǎn)第49頁]

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

中圖分類號U662

文獻標志碼A

作者簡介：劉剛(1985-)，男，船舶設(shè)計員。