45m全回轉車客渡船有限元強度評估報告.doc

45m全回轉車客渡船有限元強度評估報告45m全回轉車客渡船有限元強度評估報告1 概述1.1評估依據按照鋼質內河船舶建造規(guī)范第14章“結構強度直接計算補充規(guī)定”第7節(jié)“局部結構強度計算”，對45m全回轉車客渡船進行了有限元強度直接計算，計算荷載僅考慮甲板荷載和舷外水壓力的作用。1.2圖紙資料（1）、總布置圖 （JY648-100-02）；（2）、基本結構圖 （JY648-110-03）；（3）、主要橫剖面圖 （JY648-110-02）；（4）、縱橫艙壁圖 （JY648-121-1）；（5）、穩(wěn)性計算書 （JY648-101-1JS）。2 主尺度總 長 Loa 69.20 m 垂線間長 Lpp 42.82 m 總 寬 Bmax 14.10 m 型 寬 B 13.8 m 型 深 D 3.10 m 設計吃水 d (A/B) 2.10 m/2.25m3 結構有限元模型3.1模型范圍利用大型商用有限元軟件MSC/PATRAN、MSC/NASTRAN進行橫向強度建模和計算。運用MSC.Patran/Nastran軟件進行建模及計算。采用三維有限元模型，模型范圍選取為整個船寬，艙段模型的縱向范圍從#25肋位到#65肋位（兩端的橫艙壁包括在模型內）；垂向范圍為整個型深。其中甲板、船底板、縱橫艙壁等平板結構用板單元模擬，肋板、船底桁材、甲板縱桁、甲板強橫梁、舷側縱桁、舷側強肋骨、艙壁水平桁、艙壁垂直桁等腹板用板單元模擬，面板用梁單元模擬；其它小的骨材及支柱用梁單元模擬。有限元模型有結點29709個，單元42139個。有限元模型如圖3.1圖3.4所示。圖3.1 艙段有限元模型圖3.2 艙段有限元模型（隱去甲板）圖3.3 艙段有限元板厚分布圖圖3.4 艙段有限元板厚分布圖（隱去甲板）3.2坐標系取直角坐標系，坐標原點位于船體#25船底中線處，X軸沿船長指向船首為正，Y軸沿船寬指向左舷為正，Z軸沿型深向上為正。3.3邊界條件 模型的兩端（簡稱A端和B端）均需約束 詳細邊界條件見下表3.1。表3.1 邊界條件位置線位移約束角位移約束dxdydzqxqyqz方向縱向橫向垂向繞縱軸旋轉繞橫軸旋轉繞垂軸旋轉A端固定固定固定B端固定固定固定圖3.5 施加邊界約束后的貨艙段有限元模型示意圖4 載荷4.1計算工況考慮以下2種工況：甲板載荷外部水壓力工況1均載取吃水+1.25m高度水壓力工況2均載+重型卡車集中載荷取吃水+1.25m高度水壓力4.3甲板載荷4.3.1 工況1甲板載荷均載：取甲板貨物總重量為240t，平均作用在甲板（扣除兩邊上層建筑面積）上，換算得作用在甲板上的壓力為4210.5Pa。4.3.1 工況2甲板載荷集中載荷：取重型卡車重量為85t，前輪為1個軸，分配重量為10t，后輪為3個軸，分配重量為75t（每軸25 t）；重型卡車對稱于船體中線放置，后軸定位于Fr42Fr45處，前軸定位于Fr58處，左右輪間距取2米。載荷如圖4.1：圖4.1 集中載荷示意圖均載：取甲板貨物總重量為155t，平均作用在甲板（扣除兩邊上層建筑面積）上，換算得作用在甲板上的壓力為2719.2Pa。4.2舷外水壓力由基線到水線處的水壓力在軟件中以場模擬，場的方程為 kN/ m2； 5 許用應力許用應力衡準是根據鋼質內河船舶建造規(guī)范(2009) 中表14.7.6.1選取，許用應力如下表5.1所示。表5.1許用應力構件名稱應力種類許用應力(N/mm2)強力甲板、船底外板、縱艙壁板155甲板縱桁、船底縱桁128甲板縱骨153船底及舷側縱骨141橫向強構件（實肋板、強肋骨）165強橫梁128肋骨188橫艙壁板175板及骨材剪應力105縱、橫艙壁骨材與普通骨材200表中：板單元表面相當應力；板單元中面沿船長方向應力；梁單元節(jié)點合成應力，+表示組合拉應力，-表示組合壓應力；板單元剪應力。；注：本船主甲板，甲板縱桁，甲板強橫梁，甲板縱骨，甲板開口復板采用高強鋼（AH36），許用應力須乘以換算系數1.53。6 計算結果及應力水平有限元的結果評估取值范圍應基于模型中的中間艙段，本計算書選取Fr34Fr56肋位的中間艙段進行應力評估。各主要構件的應力結果見6.1-6.13。6.1甲板板載荷工況相當應力se (N/mm2)剪切應力(N/mm2)許用應力(N/mm2)許用剪切應力(N/mm2)134.415.9237（AH36）160(AH36)261.421.5237（AH36）160(AH36)6.2舷側板載荷工況相當應力se (N/mm2)剪切應力(N/mm2)許用應力(N/mm2)許用剪切應力(N/mm2)119.87.25155105218.16.581551056.3船底板載荷工況相當應力se (N/mm2)剪切應力(N/mm2)許用應力(N/mm2)許用剪切應力(N/mm2)161.732.9155105249.124.01551056.4船底肋板載荷工況相當應力se(N/mm2)剪切應力(N/mm2)許用應力(N/mm2)許用剪切應力(N/mm2)156.130.0165105253.423.41651056.5強橫梁載荷工況相當應力se(N/mm2)剪切應力(N/mm2)許用應力(N/mm2)許用剪切應力(N/mm2)128.09.8196(AH36)160(AH36)277.741.8196(AH36)160(AH36)6.6船底龍骨載荷工況相當應力se(N/mm2)剪切應力(N/mm2)許用應力(N/mm2)許用剪切應力(N/mm2)168.232.5128105270.936.21281056.7甲板縱桁載荷工況相當應力se(N/mm2)剪切應力(N/mm2)許用應力(N/mm2)許用剪切應力(N/mm2)151.318.5196(AH36)160(AH36)256.831.9196(AH36)160(AH36)6.8橫艙壁板載荷工況相當應力se(N/mm2)剪切應力(N/mm2)許用應力(N/mm2)許用剪切應力(N/mm2)145.320.8175105238.214.61751056.9縱艙壁板載荷工況相當應力se(N/mm2)剪切應力(N/mm2)許用應力(N/mm2)許用剪切應力(N/mm2)178.542.5155105267.235.11551056.10甲板縱骨載荷工況組合拉應力+(N/mm2)組合壓應力- (N/mm2)許用應力(N/mm2)許用應力 (N/mm2)124.213.3234(AH36)234(AH36)2178191234(AH36)234(AH36)6.11舷側縱骨載荷工況組合拉應力+ (N/mm2)組合壓應力- (N/mm2)許用應力(N/mm2)許用應力 (N/mm2)119.528.7141141213.130.81411416.12橫梁、肋骨骨材載荷工況組合拉應力+ (N/mm2)組合壓應力- (N/mm2)許用應力(N/mm2)許用應力 (N/mm2)162.466.7188188265.263.41881886.13縱、橫艙壁骨材載荷工況組合拉應力+ (N/mm2)組合壓應力- (N/mm2)許用應力(N/mm2)許用應力 (N/mm2)113.728.4200200211.827.82002007結論7.1校核結果經過有限元強度直接計算評估分析，可以得出結論：本船船體結構強度滿足鋼質內河船舶建造規(guī)范2009 14.7.6相關應力衡準要求。7.2變形云圖注： 單位m。圖 7.2. 1艙段變形云圖分布（工況1）圖 7.2. 2艙段變形云圖分布（工況1隱去甲板）圖 7.2. 3 艙段變形云圖分布（工況2）圖 7.2.4 艙段變形云圖分布（工況2隱去甲板）7.3應力云圖注： 單位Pa。圖 7.3. 1 艙段應力云圖分布（工況1相當應力）圖 7.3.2 艙段應力云圖分布（工況2相當應力）隱去甲板圖 7.3.3 艙段應力云圖分布（工況2相當應力）圖 7.3.4 艙段應力云圖分布（工況2相當應力）隱去甲板圖 7.3.5甲板應力云圖分布（工況1相當應力）圖 7.3.6甲板應力云圖分布（工況2相當應力）圖 7.3.7甲板應力云圖分布（工況1剪切應力）圖 7.3.8甲板應力云圖分布（工況2剪切應力）圖 7.3.9 舷側外板應力云圖分布（工況1相當應力）圖 7.3.10 舷側外板應力云圖分布（工況2相當應力）圖 7.3.11 舷側外板應力云圖分布（工況1剪切應力）圖 7.3.12 舷側外板應力云圖分布（工況2剪切應力）圖 7.3.13船底外板應力云圖分布（工況1相當應力）圖 7.3.14船底外板應力云圖分布（工況2相當應力）圖 7.3.15船底外板應力云圖分布（工況1剪切應力）圖 7.3.16船底外板應力云圖分布（工況2剪切應力）圖 7.3.17船底肋板應力云圖分布（工況1相當應力）圖 7.3.18船底肋板應力云圖分布（工況2相當應力）圖 7.3.19船底肋板應力云圖分布（工況1剪切應力）圖 7.3.20船底肋板應力云圖分布（工況2剪切應力）圖 7.3.21強橫梁應力云圖分布（工況1相當應力）圖 7.3.22強橫梁應力云圖分布（工況2相當應力）圖 7.3.23強橫梁應力云圖分布（工況1剪切應力）圖 7.3.24強橫梁應力云圖分布（工況1剪切應力）圖 7.3.25船底龍骨應力云圖分布（工況1相當應力）圖 7.3.26船底龍骨應力云圖分布（工況2相當應力）圖 7.3.27船底龍骨應力云圖分布（工況1剪切應力）圖 7.3.28船底龍骨應力云圖分布（工況2剪切應力）圖 7.3.29甲板縱桁應力云圖分布（工況1相當應力）圖 7.3.30甲板縱桁應力云圖分布（工況2相當應力）圖 7.3.31甲板縱桁應力云圖分布（工況1剪切應力）圖 7.3.32甲板縱桁應力云圖分布（工況1剪切應力）圖 7.3.33橫艙壁應力云圖分布（工況1相當應力）圖 7.3.34橫艙壁應力云圖分布（工況2相當應力）圖 7.3.35橫艙壁應力云圖分布（工況1剪切應力）圖 7.3.36橫艙壁應力云圖分布（工況2剪切應力）圖 7.3.37縱艙壁應力云圖分布（工況1相當應力）圖 7.3.38縱艙