165t单臂架起重船结构强度有限元分析及优化设计
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的载荷 见表 ２ 。
表 ２ 吊臂及 吊钩重量及载荷分布
表 达 式
０ ９ ７．５ ｏ ｒ ６ ８ ９ ８ ｘ １ ６（ ８ ｃ ｓ （ ２ ３ ．１
ｔ 酬
０ ．１ ｘ ， Ｌ １｝ｇｎ ｍ ［ ９ ８ ｃ ．０ｉｇ ４ ｌ
ａｘ
＿０＿ ７ ９ ） ０ｌ ８ １ ０
一 －
ｌ９ ｏ ５ ｚ）
第４ ０卷 第 ６期 ２１年 １ ０１ ２月
船 海 工 程
Ｓ Ｐ ＆ ＯＣ ＡＮ ＨＩ Ｅ ＥＮＧ ＮＥ Ｉ Ｉ ＥＲ ＮＧ
Ｖ １ ４ Ｎｏ ６ ｏ． ０ ．
Ｄｅ ． ０１１ ｃ２
Ｄ Ｉ１ ．９ ３ ｊｉ ｎ １７ －９ ３２ １．６ ０ ６ Ｏ ：０ ３６ ／．ｓ ．６ １ ５ ．０ １０ ．０ ｓ ７
元 模 型
１ １ 改造设计 后 的起重 船主 尺度 ． 船长 ４ ． ０ ｍ； ７ ０ 型宽 １ ． ０ ｍ； ２ ０ 型深 ３ ０ ． ０ｍ；
设计 吃水 １５ ．５ｍ。 １５ｔ 自航 起 重 船 在 长 江 中 下 游 作 业 。主 ６ 非 钩 起 吊能力 为 １５ｔ副钩起 吊能力 为 ２ 。在空 ６ ， ４ｔ 载 航行 ， 经过 桥梁 的时 候 ， 可将 吊杆 放 置在 １。 ５ 位
一 ’
ａｘ ｒ ７ ９ Ｌ ２ｈｇｎ ４ ［ ． １ １ ６ ８ ’ ｏ （ ｃ ＿０ｉｇ ｍ Ｏ， ８ ｘ ０－ （＿９ ５ｃ ｓ ６
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种为使用较多的惯性释放法。为了检验这两种 方法 的可行 性 ， 两种 方 法 的计算 结果 进 行 了对 对
一Leabharlann Baidu
图 １ １５ｔ 重 船 总布 置示 意 ６ 起
比。采用 Ｐｔ ｎ Ｎ ｓ ｎ对 船 体 新 增 结 构 板 厚 进 ａａ／ ａｒ ｒ ａ
行优 化 。
１ 改造 后 的起 重船 船 体 说 明及 有 限
置， 以便 通过 一些河 道上 的桥 梁 。１５ ｔ 重船 的 ６ 起 总体布 置示 意见 图 １ 。
１ ２ 有 限元模 型 ．
图 ２ １ ５ ｔ 重 船 有 限 元模 型 ６ 起
原 点位 于船 体 中心 线船 艉处 ， 轴 船 长 指 向船 艏 为正 ， ｙ轴沿 船宽 指 向左 舷 为 正 ， 沿 型深 向上 ｚ轴 为 正 。有 限元 模 型长度 单位 为 ｍｍ。 对 本船 船体结 构进行 全船 有 限元 计算 并对 吊 臂 支撑 处 的船体 结 构进 行 局 部 强度 分 析 ， 如 下 作
对 三 角架底 部 的结构 加强不 做计算 。 １３ 计算 的工 况分析 ． 选取作 业 、 行及 过桥 三 种情 况 ， 表 １ 航 见 。每 种工 况考 虑波 浪载荷 中拱 和 中垂两种情 况 。
修回 日期 ：０ １ ８２ ２ １ － －５ ０ 作者简介 ： 骆文刚 （９ ６ ）男 ， １ ８ 一 ， 硕士生。 研究方 向： 船舶与海洋结构物设计与制造
简 化 ：
全 船 有 限元 模 型 见 图２ 取 直 角 标 系 ， 标 。 坐
１ ）不 对 吊臂 、 角 架 等构 件 进 行 分 析 ， 以 三 所
收 稿 日期 ：０ １ ４１ ２ １－ —８ ０
建模时仅考虑其力 的传递方式 ， 结构简化处理。 ２ ）本 船仅考 虑 吊臂支撑 处 的局部 强 度 ， 而 故
Ｐｔｎ Ｎ ｓ ｎ ａａ 及 ａ ａ 对全船进行有限元分析 ， ｒ ｒ 在满足 《 质 内河 船舶 建造规 范》 钢 以及 《 内河船舶 法定检 验技术 规
则》 要求 的前 提下对一 些新增 的局部 结构进行优化 和改进 ， 校核 计算结果 表 明， 改装后 的船体 结构强度满 足
要求 ； 厚优 化减 少了空船重量。 板 关键词 ： 起重船 ； 限元分析 ； 构优 化 有 结
１５ｔ 臂 架 起 重 船 结 构 强 度有 限元 分 析 及优 化 设 计 ６ 单
骆 文 刚 ， 晓静 刘
（ 汉理 工大学 交通 学院， 武 武汉 ４０ ６ ） ３ ０ ３ 摘 要： 为将 一条 ８ ０ｔ ０ 工程 甲板驳改造为 １５ｔ ６ 满足桥梁 工程施 工需要 的非 自航式 起重船 ， 应用 ＭＳ ／ Ｃ
中 图分 类 号 ：６ １４ Ｕ ６ ．３ 文 献 标 志 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ １７ ５ （ ０ １ ０ －０ ００ １７ －９ ３ ２ １ ） ６０２ － ４
为适应 工程 施工 需要 ， 将一 条 ８０ｔ 程 甲板 ０ 工 驳改造 为 １５ｔ 自航 起 重船 。 由于改 建 后 的 船 ６ 非 体 宽 深 比、 长宽 比均 已超 出等值 梁 理 论 的适 用 范 围 ， 而需 在船 舶 的初 步 设 计 阶段 对 船 体 结 构 进 故 行全 船有 限元计 算 ， 对 吊臂 支撑 处 的船 体 结 构 并 进行 局部 强度分 析 。文 中在边 界条件 的处 理上 采 用两 种方法 ： 种是 规范上 介绍 的三 点约束 法 ； 一 另
Ｅ－ ｉ ： ０ ０ ＠ １ ３． ｏ ｍａ ｌ １ ５ ６ ｗｇ ６ ｃ ｍ
２ ０
１５ｔ ６ 单臂架起重船结 构强度有限元分析及优化设计——骆文刚 ， 晓静 刘
１ ４ 船体 的重 量及载 荷 ．
表 ３ 外 载荷 场 函数 表 达 式
工 况
ａ 眺
－
各 工况 的船 体重 量按 ２ ０站 划分 ， 分别 施 加 于 结构 模 型相应 位 置 的节点 上 。两 外 吊臂及 掉 钩 上
表 ２ 吊臂及 吊钩重量及载荷分布
表 达 式
０ ９ ７．５ ｏ ｒ ６ ８ ９ ８ ｘ １ ６（ ８ ｃ ｓ （ ２ ３ ．１
ｔ 酬
０ ．１ ｘ ， Ｌ １｝ｇｎ ｍ ［ ９ ８ ｃ ．０ｉｇ ４ ｌ
ａｘ
＿０＿ ７ ９ ） ０ｌ ８ １ ０
一 －
ｌ９ ｏ ５ ｚ）
第４ ０卷 第 ６期 ２１年 １ ０１ ２月
船 海 工 程
Ｓ Ｐ ＆ ＯＣ ＡＮ ＨＩ Ｅ ＥＮＧ ＮＥ Ｉ Ｉ ＥＲ ＮＧ
Ｖ １ ４ Ｎｏ ６ ｏ． ０ ．
Ｄｅ ． ０１１ ｃ２
Ｄ Ｉ１ ．９ ３ ｊｉ ｎ １７ －９ ３２ １．６ ０ ６ Ｏ ：０ ３６ ／．ｓ ．６ １ ５ ．０ １０ ．０ ｓ ７
元 模 型
１ １ 改造设计 后 的起重 船主 尺度 ． 船长 ４ ． ０ ｍ； ７ ０ 型宽 １ ． ０ ｍ； ２ ０ 型深 ３ ０ ． ０ｍ；
设计 吃水 １５ ．５ｍ。 １５ｔ 自航 起 重 船 在 长 江 中 下 游 作 业 。主 ６ 非 钩 起 吊能力 为 １５ｔ副钩起 吊能力 为 ２ 。在空 ６ ， ４ｔ 载 航行 ， 经过 桥梁 的时 候 ， 可将 吊杆 放 置在 １。 ５ 位
一 ’
ａｘ ｒ ７ ９ Ｌ ２ｈｇｎ ４ ［ ． １ １ ６ ８ ’ ｏ （ ｃ ＿０ｉｇ ｍ Ｏ， ８ ｘ ０－ （＿９ ５ｃ ｓ ６
７０ ０ ０
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８ １
．
＋２ ０ ３ ５
，
一
ＬＣ ｓ ｇ ｎ 们 ｘ ［ ３－ａ ｉ ｇ ｍａ 。 。
．
＿ Ｉ ８ ５ ，
６（－ ８ ． ｏｓｒ （ ９ ５ｃ ７ ６
１９ ｏ ５
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２ ３ ８ １
，
７０ｏ ０
ｎ
０ｌ ８ ｒ ｏ－ ７ ９ （
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种为使用较多的惯性释放法。为了检验这两种 方法 的可行 性 ， 两种 方 法 的计算 结果 进 行 了对 对
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图 １ １５ｔ 重 船 总布 置示 意 ６ 起
比。采用 Ｐｔ ｎ Ｎ ｓ ｎ对 船 体 新 增 结 构 板 厚 进 ａａ／ ａｒ ｒ ａ
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１ 改造 后 的起 重船 船 体 说 明及 有 限
置， 以便 通过 一些河 道上 的桥 梁 。１５ ｔ 重船 的 ６ 起 总体布 置示 意见 图 １ 。
１ ２ 有 限元模 型 ．
图 ２ １ ５ ｔ 重 船 有 限 元模 型 ６ 起
原 点位 于船 体 中心 线船 艉处 ， 轴 船 长 指 向船 艏 为正 ， ｙ轴沿 船宽 指 向左 舷 为 正 ， 沿 型深 向上 ｚ轴 为 正 。有 限元 模 型长度 单位 为 ｍｍ。 对 本船 船体结 构进行 全船 有 限元 计算 并对 吊 臂 支撑 处 的船体 结 构进 行 局 部 强度 分 析 ， 如 下 作
对 三 角架底 部 的结构 加强不 做计算 。 １３ 计算 的工 况分析 ． 选取作 业 、 行及 过桥 三 种情 况 ， 表 １ 航 见 。每 种工 况考 虑波 浪载荷 中拱 和 中垂两种情 况 。
修回 日期 ：０ １ ８２ ２ １ － －５ ０ 作者简介 ： 骆文刚 （９ ６ ）男 ， １ ８ 一 ， 硕士生。 研究方 向： 船舶与海洋结构物设计与制造
简 化 ：
全 船 有 限元 模 型 见 图２ 取 直 角 标 系 ， 标 。 坐
１ ）不 对 吊臂 、 角 架 等构 件 进 行 分 析 ， 以 三 所
收 稿 日期 ：０ １ ４１ ２ １－ —８ ０
建模时仅考虑其力 的传递方式 ， 结构简化处理。 ２ ）本 船仅考 虑 吊臂支撑 处 的局部 强 度 ， 而 故
Ｐｔｎ Ｎ ｓ ｎ ａａ 及 ａ ａ 对全船进行有限元分析 ， ｒ ｒ 在满足 《 质 内河 船舶 建造规 范》 钢 以及 《 内河船舶 法定检 验技术 规
则》 要求 的前 提下对一 些新增 的局部 结构进行优化 和改进 ， 校核 计算结果 表 明， 改装后 的船体 结构强度满 足
要求 ； 厚优 化减 少了空船重量。 板 关键词 ： 起重船 ； 限元分析 ； 构优 化 有 结
１５ｔ 臂 架 起 重 船 结 构 强 度有 限元 分 析 及优 化 设 计 ６ 单
骆 文 刚 ， 晓静 刘
（ 汉理 工大学 交通 学院， 武 武汉 ４０ ６ ） ３ ０ ３ 摘 要： 为将 一条 ８ ０ｔ ０ 工程 甲板驳改造为 １５ｔ ６ 满足桥梁 工程施 工需要 的非 自航式 起重船 ， 应用 ＭＳ ／ Ｃ
中 图分 类 号 ：６ １４ Ｕ ６ ．３ 文 献 标 志 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ １７ ５ （ ０ １ ０ －０ ００ １７ －９ ３ ２ １ ） ６０２ － ４
为适应 工程 施工 需要 ， 将一 条 ８０ｔ 程 甲板 ０ 工 驳改造 为 １５ｔ 自航 起 重船 。 由于改 建 后 的 船 ６ 非 体 宽 深 比、 长宽 比均 已超 出等值 梁 理 论 的适 用 范 围 ， 而需 在船 舶 的初 步 设 计 阶段 对 船 体 结 构 进 故 行全 船有 限元计 算 ， 对 吊臂 支撑 处 的船 体 结 构 并 进行 局部 强度分 析 。文 中在边 界条件 的处 理上 采 用两 种方法 ： 种是 规范上 介绍 的三 点约束 法 ； 一 另
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２ ０
１５ｔ ６ 单臂架起重船结 构强度有限元分析及优化设计——骆文刚 ， 晓静 刘
１ ４ 船体 的重 量及载 荷 ．
表 ３ 外 载荷 场 函数 表 达 式
工 况
ａ 眺
－
各 工况 的船 体重 量按 ２ ０站 划分 ， 分别 施 加 于 结构 模 型相应 位 置 的节点 上 。两 外 吊臂及 掉 钩 上