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冰载荷作用下舷侧骨架典型节点研究

杨薛航 王燕舞 李鹏飞 李闯

杨薛航, 王燕舞, 李鹏飞, 等. 冰载荷作用下舷侧骨架典型节点研究[J]. 中国舰船研究, 2021, 16(5): 1–7 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02196
引用本文: 杨薛航, 王燕舞, 李鹏飞, 等. 冰载荷作用下舷侧骨架典型节点研究[J]. 中国舰船研究, 2021, 16(5): 1–7 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02196
YANG X H, WANG Y W, LI P F, et al. Research on typical structure of side stringer skeleton under ice load[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2021, 16(5): 1–7 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02196
Citation: YANG X H, WANG Y W, LI P F, et al. Research on typical structure of side stringer skeleton under ice load[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2021, 16(5): 1–7 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02196

冰载荷作用下舷侧骨架典型节点研究

doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02196
详细信息
    作者简介:

    杨薛航,男,1992年生,硕士,工程师

    王燕舞,男,1979年生,博士,研究员

    通信作者:

    杨薛航

  • 中图分类号: U661.43

Research on typical structure of side stringer skeleton under ice load

  • 摘要:   目的  为了探索横骨架式破冰船在冰载荷作用下舷侧骨架典型节点的受力情况,需要针对舷侧典型节点进行数值分析。  方法  首先,基于一艘PC2级重型破冰船,根据中国船级社(CCS)规范,对该型破冰船的冰载荷进行规范计算,得到本次计算的冰载荷;然后,采用有限元分析软件MSC/PATRAN创建舷侧骨架典型节点的有限元模型,在破冰船外板上施加具有代表性的冰载荷,计算舷侧骨架典型节点的应力状态;最后,通过不断变更典型节点形式,得到关注区域的应力分布差异。  结果  不同典型节点形式应力大小的对比分析显示,在舷侧纵桁区域选择肋骨穿越,在甲板区域选择肋骨断开的结构形式更优。  结论  总结并提出的破冰船舷侧骨架典型节点结构形式的设计要点可为肋骨穿越形式的结构设计提供一定的参考。
  • 图  1  贯穿孔形式

    Figure  1.  Penetrating hole type

    图  2  肋骨经过舷侧纵桁的3种形式有限元模型(仅舷侧纵桁)

    Figure  2.  Three types of finite element model when the ribs pass through side stringer (only side stringer)

    图  3  肋骨经过舷侧纵桁的3种形式有限元模型(全模型)

    Figure  3.  Three types of finite element model when the ribs pass through side stringer (whole model)

    图  4  肋骨经过甲板的2种形式有限元模型(仅甲板)

    Figure  4.  Two types of finite element model of the ribs pass through deck (only deck)

    图  5  肋骨经过甲板的2种形式有限元模型(全模型)

    Figure  5.  Two types of finite element model of the ribs pass through deck (whole model)

    图  6  外板展开图及舷侧纵桁加载位置

    Figure  6.  The outspread drawing of shell and the loading position of the side stringer

    图  7  外板展开图及甲板加载位置

    Figure  7.  The outspread drawing of shell and the loading position of the deck

    图  8  舷侧纵桁应力云图

    Figure  8.  Stress contours of side stringer

    图  9  经过舷侧纵桁区域的肋骨横剖面应力云图

    Figure  9.  Stress contours of rib cross section passing through the side stringer area

    图  10  甲板应力云图

    Figure  10.  Stress contours of deck

    图  11  经过甲板区域的肋骨横剖面应力云图

    Figure  11.  Stress contours of rib cross section passing through the deck area

    表  1  PC2级破冰船船级因子

    Table  1.   Hull classification factor of PC2 icebreaker

    参数数值
    压溃失效船级因子CFC9.89
    挠曲失效船级因子CFF46.8
    载荷板尺寸船级因子CFD1.75
    排水量船级因子CFDIS210
    总纵强度船级因子CFL5.46
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    表  2  船舯冰带区冰载荷计算

    Table  2.   Calculation of ice load on midship of ice band

    参数数值
    Fnonbow /N2.864 7×107
    Qnonbow /(N·m−1)8.657×106
    wnonbow /m3.309 2
    bnonbow /m0.919
    Panonbow /MPa9.417 558
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    表  3  材料参数

    Table  3.   Material parameters

    参数数值
    杨氏模量E/MPa206 000
    泊松比0.3
    密度/(t·mm−3)7.85×10−9
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    表  4  船舯区域冰载荷加载位置与大小

    Table  4.   Location and size of ice load in midship section

    典型节点结构形式加载工况加载载荷
    压力
    Pa /MPa
    载荷宽度
    w/m
    载荷高度
    b/m
    肋骨经过舷侧纵桁肋骨跨端9.4183.3090.919
    肋骨经过舷侧纵桁肋骨跨中
    肋骨经过甲板肋骨跨端
    肋骨经过甲板肋骨跨中
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    表  5  局部有限元模型应力计算结果

    Table  5.   Stress calculation results of local finite element model

    计算工况TA-1型贯穿孔
    穿越舷侧纵桁
    TA-2型贯穿孔
    穿越舷侧纵桁
    肋骨在舷侧
    纵桁处断开
    纵桁处
    最大应
    力/MPa
    肋骨及肘
    板处最大
    应力/MPa
    纵桁处
    最大应
    力/MPa
    肋骨及肘
    板处最大
    应力/MPa
    纵桁处
    最大应
    力/MPa
    肋骨及肘
    板处最大
    应力/MPa
    肋骨跨端332504332501349663
    肋骨跨中206423207422231418
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    表  6  局部有限元模型应力计算结果

    Table  6.   Stress calculation results of local finite element model

    计算工况TA-3型贯穿孔穿越甲板肋骨在甲板处断开
    甲板处最大
    应力/MPa
    肋骨及肘板处
    最大应力/MPa
    甲板处最大
    应力/MPa
    肋骨及肘板处
    最大应力/MPa
    肋骨跨端273412318344
    肋骨跨中201355316336
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-11-21
  • 修回日期:  2021-05-07
  • 网络出版日期:  2021-05-26

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