CSR油船规范关于三舱段有限元结果在货舱过渡区应用研究.doc

CSR油船规范关于三舱段有限元结果在货舱过渡区应用研究 一般而言，像VLCC这样一艘较常规的船舶，CSR油船规范要求设计者进行三舱段的有限元分析。该分析包括两部分内容：一是船体梁，主要支撑构件，横舱壁的强度分析；二是局部结构细化网格分析。目前的状况是设计者也只做三舱段的有限元分析，而不用去做整个货舱区的有限元分析，这样做的优点是很大程度的减少了建模及分析的周期。可是像VLCC大型油船一般都有5个货舱区域，如果设计者对艏艉货舱的结构形式，特点及受力分析不是很清晰，那么设计出来的结构就可能存在隐患。因此就有必要针对实船开展艏艉货舱应用三舱段有限元结果的研究。 下面将以一艘满足CSR油船规范的VLCC船为例，从货舱的不同区域（例如：甲板结构，底部结构等）对三舱段的有限元结果在NO.1，NO.5货舱区域的应用情况做一下简要的说明。下图为该VLCC三舱段有限元模型。 甲板结构的有限元结果在货舱过渡区的应用 规范中明确要求：首先，甲板板和甲板纵骨的尺度应在船中0.4L纵向范围内保持一致。船中0.4L范围内给定的横向位置的甲板板和甲板纵骨尺度，应不小于CSR油船规范附录B/1.1.1.5要求的舱段有限元模型中部舱长度范围内在相应横向位置的最大要求值。其次，在船中0.4L以外区域，甲板板和甲板纵骨的尺度可以逐渐向该规范第8节货油舱端部区域的要求尺度缩减。 下面将对甲板板，甲板纵骨及甲板强框架构件尺寸的确定做一下简要分析： 1.1 甲板板 一般而言，对于满足CSR规范的油船，船中0.4L区域的甲板板的厚度首先通过规范计算来确定一个值，而有限元分析的结果往往是规范计算的结果能够满足要求；船中0.4L区域以外可以按照CI-T8 （Taper of scantlings outside the midship 0.4L）的要求计算。 1.2 甲板纵骨 整个货舱区甲板纵骨的构件尺寸完全可以通过规范计算来确定。三舱段有限元分析整个船体梁的强度时,对于船中0.4L区域的甲板纵骨的构件尺寸可以作为一种验证。 1.3 甲板强横梁 在进行有限元分析之前，按照CSR规范的要求，甲板强横梁的腹板高度，剖面模数，惯性矩，剪切面积都有规定的要求（Section 8/2.6.4）。根据规范Section 2/5.6.6.3的说法，规定要求一般比有限元分析出来的要求更加的保守。而且规范中表示假如我们减小甲板强横梁的构件尺寸，并且这一尺寸能够满足强度评估（FEM），那么甲板强横梁的剖面模数和腹板的横剖面积可以减小到规定性要求的85%。 以本船为例，一个舱段中的强框架被分成了5种类型，如图1所示.。而且有限元计算结果表明：这5类框架的构件尺寸是有差异的。 图1 第3货舱内强框架的布置 有了三舱段甲板强横梁的有限元结果，我们首先是要将三舱段不同的强框架计算的结果对应的应用到第1和第5货舱，其次再针对第1和第5货舱的特点做具体的分析。 第1货舱内强框架的布置如图2所示。第1货舱甲板强横梁的特点是多数强横梁的跨距变短；受力特点是甲板上的上浪载荷变大。 图2 第1货舱内强框架的布置 根据CSR规范Section 8/2.6.4.3中的要求，甲板横梁的剖面模数应不小于和的要求。 cm3 cm3 公式中的具体参数说明请参见Section8/2.6.4.3。 根据CSR规范Section 8/2.6.4.4中的要求，甲板横梁的剪切面积应不小于和的要求。 cm2 cm2 公式中的具体参数说明请参见Section8/2.6.4.4。 这样，我们可以从三舱段有限元模型中读取相应的应力值，结合第1货舱甲板上的上浪载荷及构件尺寸，就可以算出第1货舱甲板横梁需要的剖面模数和剪切面积。从本船的实际情况来看，多数第1货舱内的中货舱甲板横梁的剖面模数大于三舱段内的要求，因此这些横梁的面板规格有所增大。 第5货舱内强框架的布置如图3所示。第5货舱甲板强横梁的特点是强横梁的跨距和三舱段比较几乎没有变化；甲板上的上浪载荷较三舱段也没有太大变化。最大的差异在于第5货舱的边货舱内设置了一道横舱壁，并且其位置较第3货舱内制荡舱壁的位置往艉移了一个强框间距。这样就使得边货舱内的受力分布发生了一些变化。我们可以将油密/水密舱壁端简化为刚性约束，它们之间的强框架简化为弹性约束，从该梁系的变形情况可以知道，远离刚性约束端的甲板横梁的轴向力较小，反之则较大，对于油密/水密舱壁前一档的框架，由于受到水平桁的约束，其轴向力较小。 从三舱段有限元分析结果可以看出WEB SECTION A边货舱内甲板横梁的规格较小，而WEB SECTION B在外侧端部的腹板厚度要求较C及E大，但面板的规格较小。 对于第5货舱边货舱的甲板横梁来讲，可以按照WEB SECTION C的构件尺寸来设计；污油舱后舱壁前一档横梁的面板由于