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某型船的補(bǔ)給裝置主要為其他船舶提供燃油、淡水、食品和彈藥等物資的補(bǔ)給，補(bǔ)給方式多樣，有縱向補(bǔ)給、橫向補(bǔ)給和停泊補(bǔ)給等。在不同的海況的作業(yè)情況下，補(bǔ)給裝置所引起的載荷各不相同。在放置狀態(tài)時(shí)，船舶運(yùn)動(dòng)會(huì)使補(bǔ)給裝置產(chǎn)生很大的慣性力。在作業(yè)狀態(tài)時(shí)，補(bǔ)給裝置不僅受到慣性載荷作用，而且受到作業(yè)載荷的作用，再加上裝置本身的靜載荷，這些載荷都可能造成補(bǔ)給裝置基座及基座下部船體加強(qiáng)結(jié)構(gòu)處的高應(yīng)力，甚至可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，使補(bǔ)給船無(wú)法正常作業(yè)，喪失補(bǔ)給能力，造成補(bǔ)給任務(wù)失敗，進(jìn)而影響到整個(gè)編隊(duì)任務(wù)的進(jìn)展。因此，必須對(duì)補(bǔ)給裝置基座及加強(qiáng)結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)和航行放置狀態(tài)進(jìn)行有限元分析，并依據(jù)計(jì)算結(jié)果優(yōu)化基座及加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，以保證基座及加強(qiáng)結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度，確保補(bǔ)給裝置正常作業(yè)。
補(bǔ)給門架采用跨越船中線面的兩立柱式門架。考慮到力的傳遞，門架立柱至少應(yīng)有兩層甲板作為支點(diǎn)，并與主船體主要結(jié)構(gòu)有效連接，連接處的船體結(jié)構(gòu)應(yīng)加強(qiáng)。因此結(jié)合本船船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，立柱穿過甲板坐在甲板上，縱向設(shè)置內(nèi)壁，并與甲板縱析對(duì)齊；橫向一端側(cè)壁盡量與主橫隔壁對(duì)齊，中間設(shè)置數(shù)道強(qiáng)橫梁與立柱連接。與立柱相連的縱壁適當(dāng)加強(qiáng)，穿過處甲板和支撐甲板采用局部加厚嵌補(bǔ)板，甲板強(qiáng)橫梁端部采用放大肘板與立柱橫向圍壁對(duì)接。與單個(gè)門架有明顯相互作用的甲板是很小的局部區(qū)域。把一定甲板區(qū)域劃分到強(qiáng)支撐構(gòu)件上就己足夠，但考慮到局部強(qiáng)度還要與總強(qiáng)度相疊加，而總強(qiáng)度是要把彎矩施加到縱跨幾個(gè)艙室的艙段上，因此計(jì)算模型需要以總強(qiáng)度的合理施加為劃分依據(jù)。本研究計(jì)算使用如圖所示有限元模型。由于計(jì)算模型大小是按照總強(qiáng)度載荷要求確定的，相對(duì)于門架作用區(qū)域已足夠大，只要模型邊界條件無(wú)剛性位移，對(duì)門架作用區(qū)域影響都不大，因此模型邊界條件可直接采用總體載荷工況所需的邊界條件，并參考中國(guó)船級(jí)社CCS《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》中的附錄《雙殼油船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計(jì)算》中的規(guī)定。
本研究考慮到門架受力同起重設(shè)備有相似之處，故綜合CCS《船舶與海上設(shè)施起重設(shè)備規(guī)范》和GJB4000-2000中的相關(guān)規(guī)定，對(duì)門架基座及加強(qiáng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析。補(bǔ)給門架承受的外力如下：(1)補(bǔ)給裝置額定工作負(fù)荷，包括高架索張力和牽索拉力；(2)高架索剪切銷破斷力；(3)附加在補(bǔ)給門架上其他起重設(shè)備工作時(shí)的額定負(fù)荷；(4)船在風(fēng)浪中運(yùn)動(dòng)引起門架及其附屬設(shè)備的慣性力。本研究中計(jì)算海況為5級(jí)，最大橫搖角不大于50°。另外，CCS規(guī)范規(guī)定起重設(shè)備還受到風(fēng)載荷的影響，因此認(rèn)為門架也應(yīng)該受到風(fēng)載荷的作用，且風(fēng)載荷計(jì)算公式也參考CCS規(guī)范進(jìn)行。風(fēng)壓q=0.613V2Pa，(1)式中：V為風(fēng)速；在9級(jí)海況下的遭遇風(fēng)速為52m/s。將總縱彎矩施加在MPC獨(dú)立點(diǎn)上，模型的慣性力以初始加速度的形式給出，牽索力直接以集中力的形式施加在門架相應(yīng)的牽索作用處，如圖所示。
關(guān)于風(fēng)載荷，將風(fēng)壓按照與船舶運(yùn)動(dòng)最危險(xiǎn)的疊加方向施加在門架受風(fēng)一側(cè)，如左側(cè)橫搖運(yùn)動(dòng)，風(fēng)向向左(加大左側(cè)橫搖)，加載在門架所有能受到風(fēng)吹的表面。在選擇補(bǔ)給裝置的計(jì)算工況時(shí)，除了考慮正常工作狀態(tài)和危險(xiǎn)工作狀態(tài)兩種情況以外還需考慮兩側(cè)是否同時(shí)工作，以及工作時(shí)主滑輪處于不同的高度位置和索道在工作時(shí)不同的位錯(cuò)角等工況。慣性力計(jì)算分三種情況：(y橫搖運(yùn)動(dòng)：靜橫搖載荷+動(dòng)橫搖載荷+動(dòng)垂蕩載荷(橫搖角甲時(shí))；(2)縱搖運(yùn)動(dòng)：靜縱搖載荷+動(dòng)縱搖載荷+動(dòng)垂蕩載荷(縱搖角必時(shí))；(3)組合運(yùn)動(dòng)：靜合成力+0.8動(dòng)縱搖+動(dòng)橫搖)。組合工況后，發(fā)現(xiàn)3個(gè)慣性力工況，與牽索力工況組合后將產(chǎn)生1000多個(gè)載荷工況。對(duì)每個(gè)工況都進(jìn)行計(jì)算顯然不現(xiàn)實(shí)，這就需要分析門架受力特點(diǎn)并挑選出最危險(xiǎn)的工況進(jìn)行計(jì)算。另外，必須考慮CCS規(guī)范中的補(bǔ)給裝置極限擱置工況。經(jīng)過有限元分析，門架基座及加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力最大，本研究?jī)H選取9級(jí)極限海況下的局部強(qiáng)度分析以及總縱彎矩與部強(qiáng)度合成的強(qiáng)度分析。
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