1、第*B春第U）腳20211年廁翩1瞬神n、g莪4KSHIPSCIENCEANDTECWOUJOrVol.43,NoEOct.,21沮n翻大型集裝箱船舷梯稿置伽化陳樂昆.！“繆-張志康,，張13鼎（申I醐船皈恕海啪計研究院，上海恐觸）。）摘褰：岫飆大堰繚凝御蜓滕徊蜘制鮑翩如畫存彼諸多不便的問題、腰出二種新方案將般棒內藪很2聊敝以1L，伽曲船體g鬼城硼峻砌用以以鍛艘頒獺岫鯉堀嘛麟削為健過遜也弦范校戡命僉船看限遷說卸府婭蝕賊船律結構的屈服、屈曲以疲勞躁度aa弗m證關鍵詞：翅大型集裝箱船；舷梯；舷側開口；譜分析：疲勞強度中圖分類號，U674文獻玄獻標識碼：A妄幕編號弓1672“&軸網“桐二做拜

2、二傍跚：梢3鯽物J湖:"二帝朝視M9硼OptimizationonaccommodationladderarrangementforultralargecontainervesselCHENWkun,C晌IX沖聞知山蜒，劃郵&i5h理（MarineDesignand膈宓御d岫岫妙袖Qh曲淅煦Mi如皿111,皿榆）AbftrMtiAimingattheinconvenienceduringoperationandstorageofULCS'accommo（htM3t«ladder.Anarrangementplanthataccommodationladder

3、wasarrangedupontheseconddeckwaspresentedMdscantlingofbudUjsIw-turewanoptimizedtofulfilltherequiremoNtofactualoper舔順.A20&M刑迎containershipwastakenasanexample.Yielding,bucklingcapacityandfatiguestrengthofstructurewasverifiedthroughrulecalculationandfuHIlengthfiniteelementanalysis.柯晚胡:曲I籍湖場種瞄4；瘀消網岫P

4、lfe蜘；柚卵部商理；咿麗1融g弟；制觀撬麻網O引I甫集裝箱船的舷梯一般情況收納于平行中體區域的上甲板舷側，對于超大型集裝箱船而言，由于型深較福T般會大于僉Dm）,如姻果物將幽拂布置在E甲板，為了達到扇裁吃水”伸編式舷梯下放后長度較大，太剃集讖箱船的僦梯伸長后可咳遇到35哺左看，剛度嚴重不足，人員在登般時走動會造成蔽梯源身的晃動，容易產生共振現象。為了保證登船人員的安金，一般舍控制同時登船的人數.這在使用申極為不便。為了解淡上述問題,可以將舷梯內嵌在三甲板以上，縮誠厥梯長縻。但是內嵌林梯布彝需囊荏蔽費練板上折何、神郵地叨褊例©%名拖用肉，熊倦梁靜柔彎短、波浪彎矩以及扭矩的數值姓手轅夫

5、親平，困而該國壤的解體結構程度雨糖者考峻,，霸囊糧掘規葩梭梭和全般有齦罪直援并舞案評侑屆詼審潮隔眾多拳希督府醵側看夫開0雄翠的澈座間題進行了研究，研究對象以汽車滾裝船和特殊艦艇為主。高處等惆對1,艘佝河流牢運輸船的突變區域進行了強度評估，陳第一排對大型汽車浪裝船結構強度進行了計算分析，結果都表明舷側大開口區域的應力水平較高。何祖平等泓）分析了舷側并口形狀對于應力集中系數的影響。木文的研究對象為超大型集裝箱船。與上述船型相比，由于其高航速、大開口和大量使用高酒度鋼等特點，導致了船體扭轉刖度校低.大井目角隅應力集中敦果顯著,疲勞破壞燃險很源札一且熊體結構損傷可能舍影胸內嵌式舷梯的正常使用。針對蔽側

6、有大開口的超大型集裝箱船，目前還無法雀公開京獻內找到相應的研究成果，茶寰將為相似般型的諼梯布鐐以及相美結構諼計提珠參沏Q11方案介細捋醵株肉傲荏三押板或上孩蝴溯佛標奶撕囂案畿霸i金舅頊主;a嬲，蹶洌桐蜥附所示3采用該帶魔劾裝，咐的J的蜥敏醐翊豹E2郵可以很大程度上解決使用過程中登船人員的安全問題9另外，二甲板不僅可以作為收納舷梯的平臺、還是引水員的登船平臺，通過引水員軟梯和舷梯登船的人員可以經過相同的路徑進入到上層建筑無需為引水員設置額外的通道0圖3舷梯區域規范計算模型Fig.3Rulecheckmodelofaccommodationladderarea貼暢上屋平弁ZT鞋Pl肉檄我嵌棉布露醐

7、慚Fig：I祉胸y神酬南囹翎裕酬油袖做?，熟史f濟酬書胰解但另一方面“岫的城岫順耕融理f行*設計，在外板滋瘴一令美枷,，加督®所示。宓舞開巳呈甌鈴象墉爹婭淵山姓衣城，同約j必活踣懿關高瘢約2洛用。圖4外板開口區域規范計算模型Fig.4Rulecheckmodelofsideshellopeningarea但是，由于舷側外板開口破壞了外板結構的連續I抵婚樹喊評目榭物啊年電勿藏vY禎*湛嘛布柿曲gg性，船體梁垂向剪力流的流向也隨之改變。圖5和圖6分別為大開口區域和典型剖面二甲板附近的垂向剪應力分布，可見與典型剖面相比，外板結構的缺失會使內殼縱壁、二甲板和舷梯上層平臺承受更大的垂向剪力，因

8、而相應的尺寸將不能滿足要求。與驟型的超夫型集裝箱辨相比，新的祓計隹藤梯國域的冊侏結構上有于莪夫程度前修虹坤而需爨對結構雄度毒新尚撇鼓。左舟嫻捋城粼蕨憤夠例夫非目的盈割律習的融止，有魏蜿郵i總縱建座隰翊屜格佯帆娜沮寸需霉震夜同暮就算堰梨申震幅接麟不少、瑤組搬梳受折必（弛囹北，期糖注第克媛善日陶嫩基埃而外吱城搦維褲物構的其卻（暇圍引a林手垓非日對于蒯源仰褊皴域橫桂炬豹彪"，I珅而泡堿腹商構兼我食威g不會有太刷幽化，瘤姓該開1%院鞫胸制審史米挪分構樣的艮事。圖5舷側開口區域垂向剪應力分布Fig.5Verticalshearstressdistributionofsideshellopeni

9、ngarea圖4外板開口區域規范計算模型Fig.4Rulecheckmodelofsideshellopeningarea但是，由丁舷側外板開口破壞了外板結構的連續性，船體梁垂向明力流的流向也隨之改變。圖5和圖6分別為大開口區域和典型剖面二甲板附近的垂向剪應力分布，可見與典型剖面相比，外板結構的缺失會使內殼縱壁、二甲板和舷梯上層平臺承受更大的垂向剪力，因而相應的尺寸將不能滿足要求。圖5舷側開I區域垂向剪應力分布Fig.5Verticalshearstressdistributionofsideshellopeningarea式中：D為主要載荷參數沒計值；Q為波浪頻率；。為，良向：Slid）為P

10、ierson-Moskowitz海浪譜;SW）=5K彳、W2*exp_1-25（亡）：如為釁值圓頻率：加。二匚。Se/MOs,O；2dc：S為頻率步長，根據以往的設計經驗，選擇6個計算工況，詳見表1。表1全船有限元的計算工況以及相應的Pierson-Moskowitz海浪譜參數圖6典型剖面二甲板附近垂向剪應力分布Fig.6Verticalshearstressdistributionaround2nddeckoftypicalsection經過規范計算，內殼縱壁和二甲板的尺寸都有一定程度的增大，內殼縱壁對應區域的板厚增加12mm,二甲板板厚增加4mm。臺舷梯區域全船有限元計算3.1屈服和屈曲強

11、度3.1.1有限元模型及載況建立全船粗網格有限元模型，調整單元密度對空船重量分布進行修正，以滿足靜水平衡要求。載況是由裝載工況和非線性設汁波組合確定。考慮到在實際運營過程中，通常不會壓載航行，因而儀選擇滿載裝載T況進行研究，并使用質量點模擬集裝箱加載到貨艙內，根據不同的載況進行波浪載荷的直接計算，與以往選擇單一極值等效設計波不同的是，本文選擇多個波進行疊加。主要流程是：對有限元模型在多種不同浪向和頻率組合的單位規則波下的運動響應進行計算，即可得到各種波浪環境下主要載荷參數的頻率響應傳逸函數RAO）;針對單個載況選擇不少于60個單向波，將主要我荷參數的規范設計值作為目標值，基于Pierson-M

12、oskowitz海浪譜對所有單向波進行不同權重的疊加（見式（1）式;（2）最后得到一個非線性的設計波，將該波浪載荷加載到船體外板上，最終完成單個載況的加載。某個單向波幅值VBM+(Z/4)載況主要戟荷參數位置浪向/(°)Tp/sVBM+02)垂向波浪彎矩（中拱）0.5、18016.765VBM-(Z/2)垂向波浪彎矩（中垂）0.5A18016.765垂向波浪穹矩（中拱0.25Z016.765Tab.ILoadingconditionoffull-lengthfiniteelementanalysisandPierson-MoskowitzspectrumparameterVBM-(Z

13、/4)垂向波浪親炬（中垂）0.25Z016.765HBM(Z/2)水平波浪彎矩0.5A12013.699HSF(3Z/4)水平波浪剪力0.75Z6013.545圖7為舷側大開口區域的合成應力包絡值，其中最大應力為216.9MPa,出現在外板開口角隅嵌厚板外圍，此處船級社;衡為235/k(235/0.78=301.3MPa),屈服強度能夠滿足規范要求。圖8為舷側大開口區域的屈曲利用鬲子，最大k4?值為0.604,屈曲強度同樣能夠滿足要求式中：。為主要載荷參數設計值；幼為波浪頻率；。為；3p為峰值圓頻率；浪向；S(o)為Pierson-Moskowitz海浪譜;S(o>)=5晚思廠exp-1

14、.251ssm。(穆啰源泌蹣蜘購根據姒獨的誕妹知檢fri選擇心州篩!航況，詳見表1。accommodationladderarea廠T，1I!:一j:A=S's|RAOO,OIA4,(I)某個單向波相位；|圖6典型做"Rg解溉向剪應力分布以)Fig.6Verticalshearstressdistributionaround2nddeckoftypicalsection經過規范計算，內殼縱壁和二甲板的尺寸都有一定程度的增大，內殼縱壁對應區域的板厚增加12mm,二甲板板厚增加4mm。3舷梯區域全船有限元計算3.1屈服和屈曲強度3.1.1有限元模型及載況建立全船粗網格有限元模型，

15、調整單元密度對空船重量分布進行修王，以滿足靜水平衡耍求。載況是由裝載工況和非線性設計波組合確定。考慮到在實際運營過程中，通常不會壓載航行，因而僅選擇滿載裝載工況進行研究，并使用質量點模擬集裝箱加載到貨艙內。根據不同的載況進行波浪載荷的直接計算，與以往選擇單一極值等效設計波不同的是，本文選擇多個波進行疊加。主要流程是：對有限元模型在多種不同浪向和頻率組合的單位規則波下的運動響應進行計算，即可得到各種波浪環境下主要載荷參數的頻率響應傳遞函數(RA0);針對單個載況選擇不少于60個單向波，將主要載荷參數的規范設計值作為目標值，基于Pierson-Moskowitz海浪譜對所有單向波進行不同權重的疊加

16、(見式(1)式(2),最后得到一個非線性的設計波，將該波浪載荷加載到船體外板上，最終完成單個載況的加載。某個單向波幅值DAi=SS)|RAOS，P)|g(1)某個單向波相位饑=-RAOMsB"(2)3.2疲勞弓搬全船有限元的計算工況以及相應的采用譜分析月'尖特般3步管瞼醇南勇蘆件角隅節點進Tab.1Loadingconditionoffull-lengthfiniteelementanalysisand行疲勞計算，刷&汝布訂高tz血船源羸噩薩計算'星夏浪譜和哇噬飆典遭分%您及將有初一啷臀3.1.2結果分析熊肆御的矗融程理所卷。16.76516.765VBM-(

17、L/2)垂向波浪彎矩(中垂)0.5£180VBM+0/4)垂向波浪彎矩(中拱)0.25L016.765VBM(4)垂向波浪彎矩(中垂)O.25L016.765HBM(£/2)水平波浪彎矩0.5L12013.699HSF(34)水平波浪剪力0.75心6013.545圖7為舷側大開曰區域的合成應力包絡值，其中最大應力為216.9MPa,出現在外板開口角隅嵌厚板外圍,此處船級社衡準為235/k(235/0.78=301.3MPa),屈服強度能夠滿足規范要求。圖8為舷側大開曰區域的屈曲利用因子，最大值為0.604,屈曲強度同樣能夠滿足要求。圖7舷梯區域外板應力云圖Fig.7Von-

18、misesstressfringeofsideshellaroundaccommodationladderarea3.2疲勞強度采用譜分析方法對舷梯區域外板開口角隅節點進行疲勞計算，由水動力計算、有限元應力響應計算、基于海浪譜和海況資料的譜分析以及疲勞累計損傷度計算等4部分組成叫主要流程如圖9所示。圈8月瀕燧跋例礎IIJW腮洞子Fig.8BiBiklidgirbiofatidtd)didibUrGinihdaccommodationladderarea應力響應船體結構波浪_萩荷載荷計算"%男融及"-K期和短期分布海浪譜和心可誓嘟溯沖覘倒式中S(內成j御浪蹭;I稱哄照0)伽熊

19、斐柯力方物頻率響做渺醵數，用于講辨W臨潞標逢喋、帶闕敬4建零周蜘避解距計算式為:：為、M腎罰君切幽酬桐防別泠仞渺暇U式中="一展福：？為航速；g為重力加速度式中：此=.氣呵/為航速5重力加速度。S，初IWfW雌颶h券布襄親一；明線性累計損傷理論和S-N曲線卜析法艘加邛F地I流程321Fig-qifueassessmentprocessofspectrumanalysis32S恣即餐威示結構節點受到交變應力范圍AS與達到噂哪3麟籍耕攢溯摟珈力范圍AS與達到疲勞破壞所需循環次數沖的關系：log(N)=log(Ki).加ilog(AS),Si(3)log(N)=log(K。一皿log(A5

20、),ASNA5q,(3)log(N)=log(/C2)-m21og(AS),AS<AS?。(4)式糖紀雁旅祁褥喉&為越齡VAS*)2。版時的應砌詢阪斜率；K,齡為曲線參數；旦為»=1。7時曲應I出堀膨敬與多種因素相關，通常參照現有調線鞭蕤數相«雁索相彩為曜薄圈版現W船敏糊掘崎選眼棉禎俄IIK莪NU曉翊輜樓國規弛ffl繃耦臀同擺限林切缶做岫町的修眺。此妣可S-NL曲紋磨麴割面租翊岫蔚屈眼醐限砌骸M以圈徇更優的孑廉切割響和切割邊緣，以及提高鋼級可以獲得更優的疲勞性能。表2SN曲線相關參數Ta噱貝網錐線藺契她ve曲線編號電娘方快rameters。命吒髀cAS.m2L

21、o”2曲線四號打磨切謝僻慕席J割邊緣赤戚&)1帝巧2去碧恢i打磨切割'叫寺麻磨切割邊緣1-g*騷殖8祖櫥I福§嗜3不打磨3.513626078196183589322疲勞損傷累計3.2.2在泉勞魏密佛設況，航速、浪向下，應力的響應譜可行狹汆始定的工況，航速、浪向下，應力的響應譜可以表示如F:(Acr)mlp(A(r)JAcr+(Ab)"1p(Acr)JA(T4-與JoAAcr)m2j>(Acr)JAc'q(A(T)n,2p(Acr)f/A(r。So(9)(9)式中：fs”為該特定工況、航速、浪向下的持續時制箕燮雕羿工況、航速、浪向下的持續時間，

22、翻蹣"長期疲勞損傷為：DLT=夕PL學Titd勺°DLT=夕PL學Titd勺°(10)(10)"T=£PlJ*lt以T。式中：PA“為該特定上況、'簫企、浪向的在長期統計蟲的概勉K網該姬海況資枷豳0浪【向做底:拗期毓計腐的概率水平，可根據海況資料獲得；7r為氏期分布周期選取全球范圍的海浪散布圖作為海況資料，且采用Pi域聊金球醐li的遍很撤伸期褪T禪況資料，旦采51珈瞰明岫妙場帥漂翁譜i作為海浪譜。3.2.3疲廊漏夠購陸勒硼處的有限元模型進行細化處遜俄例您tl碰冊的堿海戡國雌標緘街的硬元捌闌輅輟庖吸及板j僵和加i蜘倒蟲瘢f耳現域I的施限元

23、細廁橫俺秘級執板燎分輾施的煢痣繾號律圖般偵施清用倘撤裱隅痛梆莓策就成榆也密:免表皺側大開口角隅的疲勞壽命評估結果以及優化方式見表3。計優化需要耋點類沌'仞雙裁3對于超大型集裝箱船內微式瘢怫外板開門區域的結構強度分析、結果全面可靠,，可為同類集裝箱雌境研發和設tW喉參蟄。iffiii殉淵側wun的做i艇元細網格搬制Flrgg.l(X)IHhsgd9hIlFFimvUi頃即址時岫煩融前哩gxmnoer俊跚瀟側方開叮那I堿勞壽堿伸錯熙Tghb33面gwelIf&ctfRiiiiestfeHbpjwriii&xiMTOcrrwMiLi901/據丹制級至。打磨切割啊nBEIWL2V5打磨切割邊緣29板盼增加lOww打磨切割面IBHWJL313打磨切割邊緣27DETAIL455/r»HmL5117抑廊晰P1W打蟾場翻»25節點編號嫩跚命酈俺化后痕莠制命/年優化方式4轎訂晤本交:以1艘勿摘綴鼬農毗蜿醵作為研究對象，分別從規范計算、全船有眼元強度計算以及基于譜分析方法的疲勞強度汁算對內嵌式勉梆大并曰區域的統顧跖1蜘，汁儻緒果娜勵I)外板瑋口會影i物福向境團力I的偷遞，內藤舜淋乏甲板辰寸-霰漫瓣泳32) 外板開口I區域的屈版和廁曲甥岫雄疵®覦范要求，且典怖一梆渤輜酸；3) 井U務隅有卻簡我照撅繼搠她如大磐疲勞融修剿帽碾淑橢精嶙攀