褚偉波　馬成良

摘 要：本文立足于海上重大件運(yùn)輸?shù)膶?shí)際，利用有限元分析軟件對(duì)港珠澳大橋分段運(yùn)輸船的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行有限元分析。計(jì)算從具體海況的實(shí)際出發(fā)，在分析多支點(diǎn)反力的時(shí)候，考慮了中垂和中拱這兩種極端惡劣的情況。 為重大件海上運(yùn)輸課題拓寬了思路。

關(guān)鍵詞：重大件 多支點(diǎn) 有限元分析

貨物裝載信息

每船運(yùn)輸3段鋼橋分段，每段鋼橋底部對(duì)應(yīng)強(qiáng)結(jié)構(gòu)分別有18道枕木支撐。

運(yùn)輸船船長(zhǎng)225米，船寬40米，型深13.5米，航行吃水為8.5米。

鋼橋分段每段重2500噸，長(zhǎng)110米，寬33.1米，高4.5米。

有限元模型

取整個(gè)甲板所在艙段進(jìn)行建模分析。

約束和載荷加載

1、約束加載

船長(zhǎng)兩端進(jìn)行全約束。

2、載荷加載

主要考慮三種載荷：加速度載荷、鋼橋分段產(chǎn)生的載荷、壓載水及波浪產(chǎn)生的靜載。

2.1加速度計(jì)算

加速度的計(jì)算考慮了如下幾個(gè)方面

2.1.1氣象導(dǎo)航

航行過(guò)程中由WINI公司全程提供氣象導(dǎo)航信息，確保運(yùn)輸船在設(shè)計(jì)海況條件內(nèi)航行。

2.1.2環(huán)境參數(shù)

a航線(xiàn)：

啟航海域：上海

到達(dá)海域：珠海（廣東）

經(jīng)過(guò)海區(qū)：28，40，41航行日期：11年5月～11月

b 環(huán)境數(shù)據(jù)：

根據(jù)航行線(xiàn)路和BMT公司提供的海區(qū)海浪譜數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)整個(gè)航線(xiàn)中最?lèi)毫拥暮^(qū)為南中國(guó)海（40區(qū)），而40海區(qū)在5到11月期間，最?lèi)毫拥募竟?jié)為9到11月份。據(jù)此，以40海區(qū)11月份的海浪譜作為極限氣象條件進(jìn)行海運(yùn)計(jì)算。

2.2鋼橋分段對(duì)船體的壓力

通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)化的鋼橋分段及船體進(jìn)行有限元分析，計(jì)算分中垂及中拱兩種工況進(jìn)行，然后分別由計(jì)算結(jié)果中提取的節(jié)點(diǎn)力，得到鋼橋分段對(duì)船體的下壓力。

有限元模型如圖5所示。其中：船體和鋼橋分段用beam188模擬，截面為等效截面，密度為等效密度。中間枕木連接用link10模擬，只承受壓力。

2.2.1約束加載

中垂：對(duì)船體梁兩端進(jìn)行垂向約束。

中拱：對(duì)船體梁中部進(jìn)行垂向約束。

2.2.2載荷加載

除了受到各項(xiàng)加速度之外，還需考慮船體的鋼結(jié)構(gòu)重量分配、滿(mǎn)足航運(yùn)穩(wěn)性配載的壓載水以及燃油等重量的分配、中垂及中拱海況下的海水對(duì)船底部的浮力分配。最后，把以上各因素等效成船體梁?jiǎn)卧拿芏?，加載到模型中去。

由于貨物重量分布和運(yùn)輸船在航行過(guò)程中的變形導(dǎo)致受力不均。大跨度，多支點(diǎn)接觸的海上運(yùn)輸?shù)脑O(shè)計(jì)一直是一個(gè)的難點(diǎn)。本文利用有限元對(duì)多支點(diǎn)鋼橋進(jìn)行等效建模，有利于方案的制定及調(diào)整，且便捷高效。同時(shí)，也給相關(guān)設(shè)計(jì)和計(jì)算提供了方法上的借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1] 邊文鳳 白光輝 吳忠友 張崇杰 不同船體結(jié)構(gòu)形式在波浪載荷下的結(jié)構(gòu)性能比較 船舶力學(xué)

（作者單位：上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，完成時(shí)間：2015年06月02日，職務(wù)：設(shè)計(jì)主管）