﻿ 船用拼装式直升机机库强度分析与评估
 舰船科学技术  2020, Vol. 42 Issue (1): 175-180 PDF

Stength analysis and evaluation of marine assembled helicopter hangar
WANG Qi, ZHANG Xin-fu, WU li-yang
Academy of Naval Research, Beijing 100161, China
Abstract: The marine assembled hangar is used to quickly add to the mobilized merchant ship during wartime, providing safe parking space for helicopters. The hanger design requires both rapid assembly and structural strength and weathertight requirements under severe sea conditions. In order to analyze the hanger strength, analyze the stress of the hanger at first, then establish a finite element model and calculate it, obtain the structural stress values of the hanger, as well as the deformation and displacement, finally according to the specifications and the strength of the materials used, it is evaluated whether the strength and deformation of the hanger meet the requirements. This study can provide a reference for the strength analysis calculation of marine assembled structures.
Key words: marine     assembled     hangar     stength
0 引　言

 图 1 机库主体结构 Fig. 1 Main structure of hangar

1 机库受力分析 1.1 分析思路

1）CCS《钢制海船入级规范（2018版）》第2篇第7章：集装箱船结构强度及集装箱系固直接计算方法；

2）ISO 1496-1：2013《货运集装箱系列：规范和试验第1部分：一般用途货物集装箱》。

1.2 受力分析

1）机库所受的力包括由于船舶的横摇、纵摇和垂荡运动所产生的惯性力，机库结构的重力，以及风压、雪载荷、系固力。

2）机库侧壁集装箱近似于空箱，集装箱上所受的力可分为FxFyFz三个分力，如图2所示。其中ox为横摇中心轴，FxFyFz均作用在集装箱的中心，即认为集装箱的重心位于箱的中心处，在系固计算中可接受集装箱的重心位置位于箱高的45%处。

 图 2 机库侧壁集装箱受力 Fig. 2 Force on side-wall container of hangar
2 受力计算

1）船只在横摇纵摇运动状态下惯性力计算

 ${\varphi _m} = \varphi \sin \left( {\frac{{2{\text{π}} }}{{{T_\varphi }}} + {\varepsilon _\varphi }} \right)\text{，}$

 ${\theta _m} = \theta \sin \left( {\frac{{2{\text{π}} }}{{{T_\theta }}} + {\varepsilon _\theta }} \right)\text{，}$

2）集装箱系固计算

 $\begin{split}{a_t} =& \left( {g + {b_v}} \right) \cdot \sin {\varphi _m} + {b_h} \cdot \cos {\varphi _m} +\\ &{\left( {\frac{{2{\text{π}} }}{{{T_\varphi }}}} \right)^2} \cdot {\varphi _m} \cdot \left( {z - {z_{ROLL}}} \right)\text{。}\end{split}$

at=6.19 m/s2

 ${a_v} = \left( {g + {b_v}} \right) \cdot \cos {\varphi _m},\;{\rm{m}}/{{\rm{s}}^2}\text{。}$

av=12.168 0 m/s2

 ${a_l} = g \cdot \left( {0.4 - 0.001{L_{BP}}} \right)\text{。}$

al=2.187 6 m/s2

3）集装箱所受风载荷

 $p = \frac{1}{{2\rho {v^2}}} = 0.766\;{\rm{kN}}/{{\rm{m}}^2}\text{。}$
3 机库有限元建模与分析 3.1 建立模型

 图 3 机库有限元模型 Fig. 3 Finite element model of the hangar

 图 4 机库顶板有限元模型 Fig. 4 Finite element model of the hangar roof
3.2 有限元计算及结果分析

1）材料参数

2）边界条件

 图 5 模型边界条件 Fig. 5 The boundary conditions of the model

 图 6 集装箱底座约束和固定方式 Fig. 6 Base constraints and fixing methods of container

3）结果分析

 ${\sigma _0} = \sqrt {\sigma _x^2 + \sigma _y^2 - {\sigma _x}{\sigma _y} + 3\tau _{xy}^2} \text{。}$

 图 7 机库应力云图 Fig. 7 Stress nephogram of the the hangar

 图 8 机库应力最大处 Fig. 8 Location of maximum stress in hangar

 图 9 机库顶板应力云图 Fig. 9 Stress nephogram of the hangar roof

 图 10 绑扎杆应力云图 Fig. 10 Stress nephogram of the lashing bars

1）作用于角件上的绑扎力：端壁或侧壁上的水平分力应不超过150 kN；

2）端壁或侧壁上的垂直分力：应不超过300 kN；

3）角件上水平分力和垂直分力的合力：应不超过300 kN。

 图 11 机库位移云图 Fig. 11 Displace nephogram of the hangar

 图 12 侧壁顶部位移云图 Fig. 12 Displace nephogram of the top of lateral wall

 图 13 侧壁框架位移云图 Fig. 13 Displacement nephogram of the frame of side-wall

 图 14 拉杆与集装箱连接点位移云图 Fig. 14 Displace nephogram of the connecting point of container and tie rod

 图 15 上下层集装箱连接处位移云图 Fig. 15 Displace nephogram of the connecting point of upper and lower containers
4 结　语

 [1] KOTNIK J. Container architecture[M]. Barcelona, Links International, 2009. [2] 朱世光. 散货船舱口盖风雨密检查与纠正措施[J]. 中国水运, 2018, 18(3): 97-98. [3] GJB/Z119－99, 水面舰艇结构设计计算方法[S]. GJB/Z119－99. [4] BORVIK T, HANSSEN A G, DET S, et al. On the ballistic and blast load response of a 20 ft ISO container protected with aluminum panels filled with a local mass –phase I, design of protective system[J]. Engineering Structures, 2008(30): 605-1620. [5] BORVIK T, HANSSEN A G, DET S, et al. On the ballistic and blast load response of a 20 ft ISO container protected with aluminum panels filled with a local mass –phase Ⅱ, validation of protective system[J]. Engineering Structures, 2008(30): 1621-1631. [6] GIRIUNAS K, SEZEN H, DUPAIX R B. Evaluation, modeling, and analysis of shipping container building structures[J]. Engineering Structures, 2012(43): 48-57. [7] 李浩. 船舶横摇运动特性研究[D]. 青岛, 中国海洋大学, 2012, 1−60. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10423-1012506014.htm [8] 陈怡然, 周岱, 归洛圣. 草帽型大跨空间结构的风压数值模拟与关键参数影响分析[J]. 振动与冲击, 2013, 32(15): 37-40. DOI:10.3969/j.issn.1000-3835.2013.15.007 [9] 李成玉, 戚玉林, 许成祥, 孙嘉冬. 方钢管混凝土柱-钢梁T形件节点受力性能研究[J]. 建筑结构学报, 2017, 38(1): 409-416. [10] 兰夏燕, 万舟, 李进, 唐高峰. ANSYS Workbench 软件中两种螺栓连接仿真方法的研究[J]. 机械制造, 2017, 55(6): 59-61. DOI:10.3969/j.issn.1000-4998.2017.06.017 [11] 李邦国, 路华鹏. Patran2006与Nastran2007有限元分析实例指导教程[M]. 北京, 机械工业出版社, 2011. [12] 张津宁. 加筋板及船体梁极限强度的非线性有限元方法研究[D]. 杭州, 浙江工业大学, 2015, 1−98. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10337-1015435102.htm [13] 张海华, 沈继华, 吴赞, 郦羽. 5万吨级前置预旋导轮结构设计及强度直接计算方法研究[J]. 中国造船, 2013, 54(4): 120-125. DOI:10.3969/j.issn.1000-4882.2013.04.014 [14] 张超, 纪肖, 凌伟. 起重机基座支撑结构强度分析[J]. 船海工程, 2014, 43(6): 54-59. DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2014.06.015 [15] 王琨博. 20英尺低温液体罐式集装箱的结构强度计算[J]. 中国化工装备, 2015(5): 15-18.