38万吨VLOC的的船体结构形式与强度分析研究

摘要

矿石专用船一般载重量较大，小于20万吨的为数不多。目前世界上在航的最大的矿石船是32万吨，由韩国大宇重工为德国船东建造，日本也建造了一些自用的矿石专用船，大多为25~26万载重吨。目前世界上还没有38万载重吨级的VLOC船投入营运，对其进行研究和开发，不仅可填补我国没有大型、巨型矿石专用船的空白，更重要的是为宝钢和长江沿岸的钢铁企业源源不断地输送原料，促进我国钢铁企业的持续发展。 本文以目标船型38万吨巨型矿石船作为研究平台，以满足总纵强度、局部强度和屈曲强度要求为前提，对船体结构形式优化设计，同时对船体关键节点形式及其疲劳强度进行分析研究，主要包括结构形状和结构尺寸的优化，对VLOC的合理分舱、骨材间距的优化、纵骨类型（包括组合型材）的选取及高强度钢的使用研究，并对船体关键节点形式及其疲劳强度进行分析，以提供实际VLOC的设计作为参考。 针对目标船，首先对船体结构形式进行优化设计，根据DNV规范，从纵骨间距、纵骨剖面的优化以及高强度钢的应用等几方面进行研究。然后进行舱段有限元的计算，其主要目的是找出承受较大动载荷的高应力区域，以及为精细网格的有限元计算提供边界条件。并对高应力区域及其连接结构，建立局部细化的有限元模型，从舱段有限元的相同的计算工况中选取边界条件，同时将载荷施加到精细网格的有限元模型上，进行分析。进行必要的疲劳强度以及疲劳寿命的校核。主要是从有限元模型的分析中得到各单元的应力进行处理，利用插值法得出危险点的应力值。然后根据节点的焊接情况，选取节点的焊缝系数。并根据选取部位的结构节点形式、受力特征和建造工艺，参考所选择的船级社规范选取S-N曲线，进行疲劳累积损伤度的计算。并基于该计算值对结构的疲劳寿命进行估算，以校核疲劳强度。同时，主要依据现有船型的相关资料，对典型节点提高疲劳强度以及疲劳寿命进行调研。