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回转式打桩船结构强度CAE分析

发布于:2024-04-02 20:49
CAE分析

      侧向打桩和起重时,将产生扭转力矩,在船体剖面中引起扭转剪应力,它与弯曲剪应力叠加将相当可观,因此扭转强度亦必须认真对待。
      综上所叙,回转式打桩船的船体结构强度问题比一般船舶更为突出,加之目前尚无现成规范可遵循,所以结构设计时主要应以强度CAE分析计算为依据。尤其是首部,必须采取特别的措施,以保证打桩船的安全可靠。
      同一般船舶一样,回转式打桩船的骨架型式亦可为纵骨架式、横骨架式、混合骨架式甲板船底为纵式,船侧为横式3种。但不同尺度的回转式打桩船采用何种型式为佳,必须在不向方案结构设计的基础上,以强度计算为依据进行分析探讨。
      现以主尺度回转式打桩船为例,迸行3种方案的设计和强度计算。
      该铅体采用箱形结构,内设两道纵仓壁,在纵中剖面设一道纵向析架。架前倾桩工况为例,画出剪力与弯矩图,方案的横以纵骨架式桩计算中可得出如下结论:
      1.从质量总纵强度,横向强度几方面综合考虑,船长在50m左右的回转式打桩船宜采用设有两道纵苍壁,纵中部面有一道纵析架的纵骨架式或混合骨架式的基本结构型式,长较小时来用横架骨式亦可。
      在该尺度下,3种骨架式差别不甚大。在所有的工况中,骨架式质量最轻,但总纵强度比横骨架式为好。这是因为纵骨架式纵向构件较多,板格的欧拉应力较高,因此铅体抵抗总纵弯曲的能力较强。所以当晤长较长或受总纵弯曲力矩较大的船采用为佳。
      横骨架式质量最重,但强度却较差。横向强度、实肋板处弯曲应力基本不变,以哈侧和甲板强骨材由于普通骨材的存在,应力明显降低。其原因是纵向构件较少,板格的欧拉应力较低,抵抗总纵弯曲的能力较差。为了提高总强度,构件尺寸必须加大,导致质量增加,但因横向构件密集,对承受局部载荷有利,所以当船长较小或总纵弯曲力矩不大时常采用。
      混合骨架式虽质量比纵骨架式稍重,但总纵强度和横向强度略优于纵骨架式。因为它又寸于前两种骨架式的优点兼而有之,但施工较复杂,一般大船常采用。
      2.由总纵强度计算一叮知,此类船因甲板开口较小,仓壁后纵弯曲正应力不算太大,但剪应力仍较突出,而且最大值发生在首端剖面突变处。分站处(本总强度算程序沿船长的分站数不一定,可根据需要任意分一站)。从扭转强度计算可知,最大扭转剪应力亦产生在该剖面处。由此可见首部结构是全的关键所在,受力大而复杂,设计时应慎重考虑,有条件时建议进行模型试验,对其结沟强度作进一步研讨。
      计算时必须将其化成沿船长方向分布的荷重,具体方法如下:这样即可将作用回转圈上的桩架荷重,化为沿船长相应分站号范围内之分布荷重,然后将每项重量大小,重心位置,分布范围输入计算机程序中,全部计算由编制的总纵弧度外力计算机程序完成。
      由于剪应力突出,为了较精确的进行计算,采用闭式剖面剪力流的计算方法。因为是弯曲剪应力,应满足变形协调条件。
      为了考虑内龙骨对实肋板的支持作用,采用的方法是:先进行板架计算,将船底板架视为多根交叉构件的平面板架,用有限元程序进行计算,求出纵仓壁间实肋板与内龙骨各交叉节点处的位移,如29,30,31,32各点位移。计算时实肋板在纵仓壁处,内龙骨在横仓壁处均为刚性固定。
      在进行肋骨刚架计算时,将上述位移作为限定位移加在肋骨刚架的相应节点上,如29,30,31,32各点位移在刚架计算时即为6,7,8,9点的位移V6,V7,V8,V9。


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