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隨著船舶安全性要求的不斷提高，船舶系泊設(shè)備的強度問題越來越引人關(guān)注，系泊設(shè)備加強結(jié)構(gòu)損壞，嚴(yán)重影響船舶的經(jīng)濟性和安全性。事實證明，系泊設(shè)備加強結(jié)構(gòu)的損壞在很多情況下與對加強結(jié)構(gòu)強度考慮不周有關(guān)，需要進(jìn)行詳細(xì)的有限元分析。
3000噸級中國海監(jiān)船主要使命是對我國管轄海域的大陸架和專屬經(jīng)濟區(qū)進(jìn)行維權(quán)巡航，保障我國的海洋權(quán)益，其安全性十分重要。CCS規(guī)范對船長超過80 m的船舶錨機基座強度有明確的規(guī)定。本文采用有限元計算方法對錨機基座及加強結(jié)構(gòu)強度進(jìn)行計算，根據(jù)CCS規(guī)范相關(guān)要求對計算結(jié)果進(jìn)行校核。在計算中對兩種不同加載方式下計算的結(jié)果進(jìn)行比較，另外還計算了加強肘板離螺栓孔距離的大小對計算結(jié)果的影響。
由于錨機基座結(jié)構(gòu)型式不規(guī)則，采用簡化的梁理論進(jìn)行計算十分困難，隨著有限元計算方法在工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，用有限元方法計算船舶局部強度已經(jīng)非常普遍。本文采用有限元方法對錨機基座及其加強結(jié)構(gòu)進(jìn)行強度校核。
模型范圍以錨機基座為中心，橫向至兩舷外板，縱向向尾至11g姆橫艙壁，向首至134銀構(gòu)件，垂向至下一層甲板。本模型共有2635個節(jié)點，3997個單元。邊界條件采用自由支持，約束施加在舷側(cè)和錨鏈艙與下層甲板相交處及兩端的強支撐構(gòu)件上。
三維有限元模型包括甲板、基座、艙壁等。所有板構(gòu)件均以板殼單元來模擬，船體結(jié)構(gòu)的強構(gòu)件縱析、強橫梁的腹板用板殼單元模擬，面板用梁單元模擬，縱骨、加強筋、艙壁扶強材等用空間偏心梁單元模擬。基座面板、腹板和肘板采用板殼單元模擬。
本船系泊絞車和錨機為整體式，帶摯鏈器，左右兩舷系泊絞車和錨機通過公共底座與錨機基座連接。根據(jù)規(guī)范要求，需要校核甲板上浪工況和錨鏈破斷工況。
采用主從節(jié)點連接錨機形心與各個螺栓，直接將載荷施加于錨機形心處。
另外，在計算過程中發(fā)現(xiàn)加強肘板離螺栓的距離對計算結(jié)果的影響很大，在加載方式一中補充計算了加強肘板離螺栓位置由原計算模型42~移動至90~處的情況。
比較結(jié)果1和結(jié)果2發(fā)現(xiàn)：按照規(guī)范要求的方法將載荷分配到螺栓，計算得出的應(yīng)力值比采用主從節(jié)點直接將載荷加至設(shè)備形心處小；且觀察兩種方式下的應(yīng)力云圖，發(fā)現(xiàn)結(jié)果1應(yīng)力分布均勻，結(jié)果2螺栓處局部應(yīng)力大，其余區(qū)域應(yīng)力小。建議在計算中對模型施加載荷采用方式一，得出的結(jié)果可信度較高。比較結(jié)果3和結(jié)果1可見，移動加強肘板遠(yuǎn)離螺栓孔嘎座端部的一個螺栓孔的距離使得應(yīng)力值迅速提高，故在設(shè)計中肘板離螺栓孔的位置在保證安裝的情況下不宜過遠(yuǎn)。結(jié)果1為最終采用的計算結(jié)果，計算結(jié)果滿足要求。
通過對本船錨機基座強度有限元計算結(jié)果的比較，發(fā)現(xiàn)在采用主從節(jié)點的加載方式下會導(dǎo)致加載節(jié)點處應(yīng)力失真，不能較好地模擬構(gòu)件的真實受力情況，因此在計算中應(yīng)盡可能將力分解后加載。用有限元方法對其他局部構(gòu)件進(jìn)行強度分析時，由于規(guī)范未給出分解載荷的簡化方法，因此只能采用主從節(jié)點的加載方式。為避免應(yīng)力值過度失真，建議在校核部位上模擬一段設(shè)備基座后加載。
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