有限元分析輪壓按靜壓力和慣性力兩部分計算,并分別施加到節(jié)點上。
1)靜壓力 靜壓力即為車輛及貨物的總重量在每個車輪上的分配結(jié)果。本文根據(jù)車型及一些經(jīng)驗數(shù)據(jù)對其進行分配,并考慮計算結(jié)果的安全性。
2)慣性力 慣性力的計算實際上就是慣性加速度的計算。慣性加速度乘以質(zhì)量就是慣性力。然后本文采用與靜壓力相同的分配公式進行分配。船舶運動加速度(垂向、橫向和縱向加速度)的計算是參照中國船級社《船體結(jié)構(gòu)疲勞強度指南》(以下簡稱《指南》)的要求進行的,具體的計算步驟可參見《指南》第3章3.4節(jié)。
載荷由兩部分構(gòu)成:結(jié)構(gòu)自重和輪壓。結(jié)構(gòu)自重在剖分單元(板殼單元、梁單元、管單元等)后ANSYS自動計算并分配到節(jié)點上。輪壓的施加可按壓力,也可直接施加節(jié)點力,本文采用在輪印范圍內(nèi)平均施加節(jié)點力的辦法。這里涉及到輪印大小的計算,輪印寬度取實際車輪寬度,輪印長度采用如下的經(jīng)驗公式。
通過以上的計算,本文對滾裝船車輛甲板強度分析工作做了一些定性的討論。
1)車輛甲板承受的總載荷并不很大,但載荷分布極不均勻,總體應(yīng)力水平較低,而車輪下面部分結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力都很大,使得其局部強度變得較為突出。
2)本文選取的網(wǎng)格尺寸是合適的,即一般選為縱骨間距的1/5~1/4。
3)對甲板板和縱骨(或橫梁)的強度影響最大的是車輪的輪壓,而輪距、軸距、車距等影響較;對于縱桁和強橫梁,跨距內(nèi)的輪壓對其影響最大,總體載荷也對其有較大影響。
對于車輛甲板的局部強度來說,強橫梁和縱桁的剖面尺寸都足夠,影響其強度的主要是其端部的細節(jié),如是否有良好的過渡,肘板的大小及形式是否合理等。
4)從計算結(jié)果中可以看出,最大應(yīng)力常常出現(xiàn)在輪印處,所以縱骨(或橫梁)的規(guī)格、間距和甲板板厚的選取以及它們之間的匹配在設(shè)計中應(yīng)予以足夠重視。
5)直接計算中使用的加速度計算是參照《指南》進行的,計算結(jié)果與實船經(jīng)驗數(shù)據(jù)相比明顯偏大。指南中的加速度是用來進行疲勞強度校核的,是基于10-8的超越概率水平的,也即在船舶20年的航行中出現(xiàn)一次的最大加速度值,并且未對所適用的海況和船型加以限制。
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