80000DWT散货船冰区航行有限元强度分析

摘要

伴随海上贸易的日益扩展,冰区加强型船舶的需求量不断增加。冰区航行船舶的结构强度,除了达到规范对一般船舶的强度要求,还必须满足各船级社规定的相应冰级加强要求。依据船体梁理论和经验公式进行船体结构强度分析具有一定弊端和局限性,而舱段模型的强度校核也不能满足航行于冰区船舶的模型要求,建立整船结构有限元分析的计算模型是可行有效的。
　　 有限元法是一种通用的数值计算方法,现在已广泛应用于船舶领域,目前各大船级社都已强制使用有限元法计算分析船体强度。随着计算机硬件的发展,采用肋位和骨材间距的有限元直接建模对全船建模已不是困难,但由于船体结构复杂,涉及因素较多,在工作量方面较为庞大。
　　 本论文以80000DWT散货船为例,航行海域为冰区,该散货船具有多舱、双层底、双舷侧结构。根据《钢质海船入级规范》(2006)及每年修订文件中航行于冰区加强部分和《散货船结构计算分析指南》(2003)计算冰载荷、进行冰带区域划分、设计冰带外板最小厚度并建立边界条件。利用有限元软件Patran/Nastran对整船建立三维模型并求解计算;计算结果表明,舷侧冰带区和甲板是高应力区域,超出普通钢的屈服强度,此区域采用高强度钢是必要的。
　　 船舶积冰是比较常见的海上灾害,考虑海浪飞沫积冰和风压力的因素,分析海浪飞沫积冰的运动模式,计算船舶的积冰量和水平分布,通过计算可知,风速越大,航速越低积冰量越多,对船舶结构安全危害越大,船舶以小顶偏角航行,会减少积冰量。
　　 综合以上分析,深化海浪飞沫积冰的危害认识,对评估冰区航行船舶船体强度有一定的指导意义和参考价值。