【文章內(nèi)容簡介】 。該模型完整表達了艙段中的全部構(gòu)件，每兩個縱向扶強材之間有一個單元，橫艙壁每個扶強材之間有一個單元,在每個強肋骨、橫撐和縱桁的兩19 / 71個扶強材之間有一個單元格,在雙層底內(nèi)的縱桁和實肋板、橫向和垂向的強肋骨、橫艙壁的水平桁材高度內(nèi)有三個單元,對于撐桿和具有較小腹板的制蕩橫艙壁和縱艙壁上的甲板強橫梁和水平桁材，在其腹板高度上使用兩個單元來表示,底邊艙腹板上的網(wǎng)格精細到足以表示腹板開口的形狀,主要構(gòu)件大肘板的自由邊的形狀也盡可能與實際一樣，避免了由于形狀引起的應力集中，從而保證該區(qū)域的結(jié)構(gòu)應力計算有較高的精度。 倍的腐蝕厚度。計算有限元模型見圖 7。計算模型有限元厚度分布見圖 圖 9 和圖 10。圖 11 和圖 12 給出了有限元模型的網(wǎng)格示意圖。該計算采用了十分精細的模型網(wǎng)格，因而可以認為應力計算結(jié)果詳細而準確圖 7：三艙段有限元模型20 / 71圖 8：三艙段有限元模型厚度 1圖 9：三艙段有限元模型厚度 221 / 71圖 10：三艙段有限元模型厚度 3圖 11：三艙段有限元模型的網(wǎng)格劃分 122 / 71圖 12：三艙段有限元模型的網(wǎng)格劃分 22） 邊界條件根據(jù) JTP 規(guī)范附錄 B/ 關于有限元模型的邊界條件的要求，在模型前后端面中和軸與中縱剖面相交處分別建立一個獨立點，使模型前后端面上的所有縱向單元節(jié)點的自由度 、 、 與其對應端面上的獨立點相關，x?y?z模型中通過多點約束(MPC)來實現(xiàn)如圖 13 所示，同時沿甲板，內(nèi)底板和外底板上的節(jié)點施加一端剛固，另一端在總體坐標系 y 自由度上有剛度的彈簧單元來約束這些構(gòu)件的 ；沿舷側(cè)板，內(nèi)殼縱艙壁和中縱艙壁的垂直部y?分節(jié)點施加一端剛固，另一端在總體坐標系 z 自由度上有剛度的彈簧單元來約束這些構(gòu)件的 ，見表 8。彈簧單元約束如圖 14 所示。z23 / 71簧的剛度公式為： ???????????彈簧單元可以由桿單元來替代。圖 13：三艙段有限元模型的邊界條件圖 14：端部模擬圖24 / 71表 8：模型端部的邊界條件平移 旋轉(zhuǎn)位置后端后端（所有縱向單元） RL － － － RL RL后端獨立點，見 圖13固定 － － － Mvend Mhend甲板，內(nèi)底和外板 － 彈簧 － － － －舷側(cè)，內(nèi)殼板和縱艙壁－ － 彈簧 － － －前端前端（所有縱向單元） RL － － － RL RL前端獨立點，見圖13 － － － － Mvend Mhend甲板，內(nèi)底和外板 － 彈簧 － － － －舷側(cè)，內(nèi)殼板和縱艙壁－ － 彈簧 － － －其中： － 不施加約束（自由）RL 剛性連接到中心線中和軸獨立點的所有縱向單元的節(jié)點注： 1 所有的平移和旋轉(zhuǎn)位移均按照JTP規(guī)范第4/。2 如未使用 ，前后端部的獨立點在 中是自由的。3 如未使用 ，前后端部的獨立點在 中是自由的。4 如未使用彎矩，前后端部的獨立點在 和 中是自由的。5 如使用彎矩作為節(jié)點力，前后端部的獨立點相應的旋轉(zhuǎn)自由度（即 和/或）是自由的。3） 裝載工況和有限元計算工況在采用 3 維有限元方法對油船船體結(jié)構(gòu)強度進行直接計算時，對于每種裝載工況，需要對幾種動載荷工況進行校核，如表 10，每個有限元計算工況都是裝載工況和動載荷工況的組合。本項目對 JTP 規(guī)范上要求的所有裝載工況都進行了有限元強度計算。裝載工況如表 9 所示表 9：有限元直接計算裝載工況表25 / 7126 / 7127 / 71表 10：強度評估（有限元方法）的動載荷工況a） 載荷分類根據(jù) JTP 規(guī)范 AppenxB 規(guī)定，采用三維有限元方法對油船船體結(jié)構(gòu)強度進行直接計算時要考慮的荷載有：船體結(jié)構(gòu)的重量（基于凈尺寸） ，貨油艙和壓載艙的內(nèi)部壓力（靜+動） ，舷外水的壓力（靜+動） ，船體梁的垂28 / 71向彎矩和剪切力，船體梁的水平彎矩，甲板上的荷載（甲板上的規(guī)范最小靜壓力+上浪荷載） 。分析時計算荷載、加速度的載荷參數(shù)和位置按照 JIP規(guī)范要求，如表 11 所示。加載時，根據(jù)單元中心計算所得的壓力，以壓力常數(shù)加載于單元。表 11：載荷計算時載荷參數(shù)的位置參考點c） 載荷及其組合根據(jù) JTP 規(guī)范的要求，各種裝載工況下施加的載荷，見表 12。d） 船體梁附加彎矩和切力計算三艙段有限元模型根據(jù) JTP 規(guī)范要施加相應的船體梁載荷。船體梁載荷分為靜水載荷和波浪載荷兩部分，分別包括靜水彎矩、剪力，垂向波浪彎矩、剪力和水平波浪彎矩、剪力等。船體梁載荷各成分根據(jù)裝載狀況許用的最大值或規(guī)范計算值按照 JTP 規(guī)范第 7/6 節(jié)的要求進行組合，最終確定的船體梁載荷加在模型端面的獨立點上。29 / 71表 12：各種工況下載荷的組合載荷組合載荷分量 S S+D AtoalvM? harbswM?+seawM?wvtlh hQharbsQ?+seaQ?v露天甲板 dynwkPexP船體外殼 hysP+hsv?壓載艙(順序交換) +tkindynflodinP?貨油艙(包括壓載艙) +tiP?其它液體艙兩式大者：a) tesin?b) + airdop+tkindynflodin?inP水密邊界 fliP干燥區(qū)域的內(nèi)部甲板 staP+staPdynk?dkP重型部件處的甲板 tF+tF對施加 JTP 規(guī)范要求的邊界條件的三艙段有限元模型，除按工況規(guī)定的裝載狀態(tài)進行局部載荷施加外，還需要調(diào)整三艙段有限元模型的船體梁水平彎矩、垂向剪力和垂向彎矩的分布，以使特定位置處達到目標值。彎矩平衡和剪力平衡的調(diào)整見 JTP 規(guī)范附錄 B/，做法是根據(jù)簡支梁的原理，首先求出施加局部載荷所引起的三艙段有限元模型中部艙前后艙壁處的剪切力、鄰近中間處的彎矩、模型兩端的支反力，由此得到每檔強框架位置上所要施加的附加垂向分布載荷，按規(guī)范要求施加于每檔強框架位置處，以使前艙壁處達到規(guī)范規(guī)定的目標值。計算出局部載荷包括附加垂向載荷在內(nèi)所引起的中部艙最大彎矩，由此得到有限元模型端部的附加垂向和水平彎矩，施加在模型兩端的獨立點上，以使中部艙最大彎矩處達到目30 / 71標值。具體做法為求出模型一端到目標位置之間所有單元上作用力或者單元各節(jié)點力(包括三個分量)。然后由積分或求和得出這部分模型的局部載荷在目標位置處產(chǎn)生的附加船體梁載荷，于是所應該施加的垂向分布載荷以及附加垂向和水平彎矩也就可以確定了。4） 應力衡準JTP 規(guī)范規(guī)定所有的結(jié)構(gòu)構(gòu)件按各部分荷載計算得到的應力組合成等效應力進行校核即 von Mises 應力，本文所給得應力計算結(jié)果均為 von Mises 應力。a） 三艙段有限元應力衡準根據(jù) JTP 規(guī)范 9/ 規(guī)定對于艙室內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及艙室邊界結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應力屈服因子如表 13 所示。對于該油船的艙段有限元校核的計算工況都屬于靜+動的工況組合，因此對于艙室的內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)件其強度應滿足屈服因子小于等于 ，對于艙室邊界結(jié)構(gòu)其強度應滿足屈服因子小于等于 ，對于內(nèi)底、外底、槽型橫艙壁、密性肋板、密性縱桁及腹板應滿足屈服因子小于等于 強度衡準。b） 局部模型有限元應力衡準艙段有限元模型中，如果位于應進行細化網(wǎng)格校核區(qū)域的單元 von Mises 應力超出表 13 規(guī)定的許用值，則由細化網(wǎng)格分析得到的，面積相當于艙段有限元模型網(wǎng)格大小的細化網(wǎng)格 von Mises 應力計算結(jié)果的平均值應不超過表 14 規(guī)定的許用值。最大許用應力基于 50X50 的網(wǎng)格大小。如果使用更小的網(wǎng)格，則應根31 / 71據(jù)附錄 B/，用與上述網(wǎng)格尺度面積相當?shù)膯卧骄?von Mises 應力與許用應力比較。表 13：不同部位構(gòu)件的應力衡準值表 14：細網(wǎng)格分析的最大許用膜應力32 / 715） 計算結(jié)果該計算采用 Sesam 軟件對該 HANDYSIZE 型油船的 3 號、4 號和 5 號三個艙段進行了基于 JTP 規(guī)范的強度計算分析。計算結(jié)果分別給出了 JTP 要求的計算工況下艙段各主要構(gòu)件的應力計算值。對有限元計算應力結(jié)果的評估分為兩部分：a） 三艙段有限元評估三艙段有限元評估的目的是校核縱向構(gòu)件、主要支撐構(gòu)件和橫艙壁的強度。根據(jù) JTP 規(guī)范規(guī)定，中間艙段（本項目中為四號艙段）由于消除了邊界的影響，其計算結(jié)果是可信的，可作為校核的依據(jù)。艙段結(jié)構(gòu)的詳細應力分布圖示意圖詳見附錄。附錄中給出了在計算工況下四號艙段的各主要部位處應力的最大值及分布位置（包括甲板，內(nèi)底板，外底板，內(nèi)舷側(cè)板，外舷側(cè)板，縱艙壁）以及艙段內(nèi)其他高應力值及出現(xiàn)的部位?？v觀全部計算結(jié)果可以看出：甲板結(jié)構(gòu)滿足強度校核的要求，且材料使用率較高，應力分布呈現(xiàn)與縱艙壁、舷側(cè)相交的縱向部位處為大應力條形區(qū)域的特點。內(nèi)底板整體應力水平適中，結(jié)構(gòu)滿足強度校核要求。外底板在貨艙中部區(qū)域一部分的應力相對較高，但由于是高強度鋼（原因見屈曲校核部分） ，滿足強度校核的要求。外舷側(cè)板、內(nèi)舷側(cè)板滿足強度的校核要求，且材料使用率較高。應力分布呈現(xiàn)在與甲板、內(nèi)底相交的附近區(qū)域為應力水平較高區(qū)域的特點。水密橫艙壁在各計算工況下應力水平居中，滿足強度校和的要求，且材料使用率較高