简论某豪华邮轮改装工程中局部强度直接计算

论文导读：　某豪华邮轮改装工程中的局部强度直接计算由优秀论文网站www.7ctime.com提供,助您写好论文.结构材料采用普通碳素钢，弹性模量为2.06x105Mpa，泊松比为0.3，密度7.85x10-9t/mm3，屈服强度为235Mpa。玻璃顶篷采用玻璃，弹性模量为6.9x104Mpa，泊松比为0.33，密度2.67x10-9t/mm3。本文主要考虑增加玻璃顶棚后，玻璃的重量对船体
摘 要：在邮轮的改装工程中，结构型式的增改对船体的局部强度会产生重要影响。为保证邮轮的结构安全，本文根据规范对改装的邮轮进行了强度校核。
关键词：豪华邮轮；改装；强度校核
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1 引言
当前世界邮轮旅游市场发展已经进入一个全新的阶段，豪华邮轮旅游成为高端旅游产品，我国豪华邮轮旅游市场发展空间巨大。“宝岛之星”豪华邮轮于1970年由芬兰船厂（Oy Wartsila， Helsinki）建造，其后于1978年进行过加长改装。为适应市场需要，再次对原船进行升级改装，改装后用于台湾海峡两岸及亚太地区作观光、旅游及娱乐。此次改装在结构方面有重大影响的是原邮轮的8甲板处增加了玻璃顶篷结构，因此本文主要对改装工程的结构强度进行了分析计算，以确保增加的结构不会影响邮轮的局部结构安全。
2 改装概述
本次改装保持原船的主尺度及技术性能指标不变。该邮轮船长194.32 m，垂线间长168.35 m，宽24 m，型深16.8 m，设计吃水6.7 m，航区为无限航区。主甲板以上有5层甲板，以下有4层甲板，甲板命名为最底层甲板为1甲板，其余甲板依次增加。本次改装主要是主甲板即5层甲板以上舱室进行局部调整，增加部分餐饮、娱乐功能，内部装饰重新装修。结构改动较大的区域是8甲板中部区域，该区域更改为区及观海区，并增加玻璃顶篷，玻璃顶篷依靠钢结构支撑，增加的玻璃顶篷以及钢结构的效果图见图1。该区域钢结构进行重新设计，并落在8甲板上。本文对该区域增加顶篷以及钢结构后的改动处进行了局部强度校核，以保证结构强度满足规范要求。
改装设计按照BV船级社《钢质船舶入级规范》[1]（以下简称《BV规范》）进行，由BV船级社检验并签发相关的证书。
3 有限元模型

3.1 模型的建立

本文的强度直接计算采用通用有限元软件MSC.Patran（2005 R2） [2]进行建模加载，MSC.Nastran进行计算分析。根据圣维南原理，为了尽量减少边界条件对计算结果的影响，对模型范围进行适当扩充，模型前后端取在横舱壁处，纵向范围取#96～#125，宽度取船宽，高度取8层甲板的下一层甲板到玻璃顶篷顶部。该范围包括了本文所要计算的改装区域，模型坐标系以船首方向为X轴正方向，左舷方向为Y轴正方向，垂直甲板向上为Z轴正方向。有限元模型如图2所示。
该模型采用了三种有限元单元：甲板板、甲板强横梁腹板、甲板纵桁腹板、玻璃顶篷等采用板单元；甲板与舱壁的弱构件、顶篷区域的桁架结构等采用梁单元；强构件的面板采用杆单元。该模型共27313个板单元，12312个梁单元，3050个杆单元，28186个节点。单元最大长度约325 mm，即半个肋位长。

3.2 材料及边界条件

某豪华邮轮改装工程中的局部强度直接计算由优秀论文网站www.7ctime.com提供,助您写好论文.结构材料采用普通碳素钢，弹性模量为2.06 x105 Mpa，泊松比为0.3，密度7.85x10-9t/mm3，屈服强度为235 Mpa。玻璃顶篷采用玻璃，弹性模量为6.9x104 Mpa，泊松比为0.33，密度2.67x10-9 t/mm3。本文主要考虑增加玻璃顶棚后，玻璃的重量对船体结构局部强度的影响，未对玻璃的强度特性进行研究。
由于有限元模型边界处的结构刚度较大。为此，可设定边界条件为模型底部及首尾端面处的所有节点刚性固定，即T1=T2=T3=0， R1=R2=R3=0。边界条件见图2所示。

3.3 计算工况及载荷组合

根据《BV规范》B篇第5章第3节的要求，本文选取船舶处于迎浪状态和横浪状态两种工况进行计算。两种工况所考虑的载荷主要有8甲板、驾驶甲板及顶篷结构承受的静水压力载荷，船舶运动加速度产生的惯性载荷，以及玻璃顶篷所承受的风载荷。各载荷的计算值见表1。
4 计算结果及分析

4.1 强度标准

4.2 改装局部结构加强

在本次改装中，8甲板支撑顶棚支柱处有一升高平台，该处原为吧台，结构构件较小。在改装初期计划将该平台拆除，顶棚支柱直接落在8甲板上。但在改装工程中发现，平台下有电气及轮机管道，考虑到拆除工作量较大以及安全理由，该平台不能拆除。由于平台下主要支撑构件开孔较大，建模中对该处进行合理折减，折减后模型见图3。
从图3可以看出，支柱1下方没有支撑构件。为保证该处结构强度，同时考虑到现场施工的方便以及结构的连续性，初步决定两种结构加强方案：方案一仅在支柱1下方进行加强，方案二在支柱1～3下方进行加强。
从计算结果可以看出，方案一和方案二应力均满足要求。但是方案二的应力结果要远优于方案

一、其结果分布也比较好，在两种方案的改装量相差不大的情况下，本文推荐选择方案二。

4.3 计算结果及分析

各种工况的计算结果极值统计，见表2。
通过以上的图表可以看出：在两种工况下极值结果均满足要求。两种工况相比较，迎浪状态下的结果小于横浪状态，这与所施加的载荷情况是相符的。
从以上结果还可以看出梁的合成应力极值比较接近于标准，但是由于在建模过程中忽略了肘板等小的连接构件，实际上由于肘板的存在，应力可以较好的分配和传递，因此认为该结果是可以接受的。
5 结论
通过计算分析，校核了邮轮改装工程中结构改动对局部强度的影响，确保了邮轮的结构安全。同时通过计算分析可以较好地发现受力薄弱点，并对此进行有效的加强。对于新增的支撑玻璃顶篷的钢结构，在计算中可以优化其布置型式，对其设计具有一定的指导作用。
参考文献
[1] BV船级社. 钢质船舶入级规范（2011）[S]. 北京： 人民交通出版社， 2011.
[2] 刘兵山， 黄聪. Patran从入门到精通[M]. 2003. 全文地址：www.7ctime.com/ntgclw/lw12560.html上一论文：阐述农家书屋工程动态、时政速递