﻿ 波浪载荷直接计算的开体泥驳甲板铰链载荷设计方法
 舰船科学技术  2023, Vol. 45 Issue (24): 52-56    DOI: 10.3404/j.issn.1672-7649.2023.24.009 PDF

1. 江苏科技大学 船舶与海洋工程学院，江苏 镇江 212003;
2. 江苏现代造船技术有限公司，江苏 镇江 212003

Design method of split hopper barge deck hinge based on direct calculation of wave load
CHENG Chen1,2, GUAN Yi-feng1,2, LIU Yuan-yuan1,2, XUE Xin-yuan1
1. School of Ship and Ocean Engineering, Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang 212003, China;
2. Jiangsu Modern Shipbuilding Technology Co., Ltd., Zhenjiang 212114, China
Abstract: The dimensions of hinge members on the split hopper barge are determined by direct calculation, the conventional split hopper barge deck hinge design has many problems, such as large subjectivity of load value, inaccurate consideration of sea state influence and difficulty of stress criteria. The split hopper barge deck hinge design based on direct calculation of wave load can better solve the above problems. This method is used to calculate and analyze the deck hinge design of a 1800 m3 coastal self-propelled split hopper barge, and the fatigue life of the deck hinge is estimated according to the calculation results. The results show that the high stress area of the deck hinge occurs at the transition between the eye plate and the bearing support and the middle part of the free edge of the hinge eye plate. The wave load has the greatest impact on the deck hinge in the oblique wave state. This kind of problem should be paid attention to in the structural design of the split hopper barge deck hinge.
Key words: split hopper barge deck     deck hinge     wave load     direct calculation
0 引　言

CCS、BV等船级社的规范[1-2]中规定，开体泥驳连接2个半体的甲板铰链构件尺寸由直接计算确定，作用其上的载荷应根据在各设计工况下预期的最大静、动载荷的适当组合来确定。开体泥驳的受力情况较为复杂，不同海况的波浪载荷对结构受力的影响难以直接评判，甲板铰链及其周边结构应力情况复杂，一旦设计不当，会导致半体无法正常开合，严重地还将导致结构的破坏，引发事故。在甲板铰链的设计实践中，一般采用增大甲板铰链尺寸的方法，以此提高甲板铰链的安全系数。但这种方法往往造成结构冗大，空船重量增加。

1 甲板铰链载荷计算的常规方法

2 基于波浪载荷直接计算的甲板铰链载荷计算 2.1 有限元模型

 图 1 开体泥驳主船体部分有限元模型 Fig. 1 FEM of main hull of split hopper barge

2.2 波浪载荷直接计算

2.2.1 频率响应函数RAO的计算

 图 2 第8剖面垂向波浪弯矩频率响应函数 Fig. 2 Frequency response function of vertical wave bending moment in profile 8

2.2.2 波浪载荷的长期预报

2.2.3 等效设计波的确定

 ${a}_{w}=\frac{{L}_{j}}{{A}_{j}}。$ (1)

 图 3 波浪压力云图 Fig. 3 Wave pressure cloud
2.3 其他载荷

 ${P}_{sw}={\rho }_{w}g\left(d-{'}z\right)。$ (2)

 $P=\rho g\left({'}z-a+2.5{f}_{r}\right)。$ (3)

2.4 边界条件

2.5 计算结果

 图 4 LC02工况首尾铰链相当应力云图 Fig. 4 Head and tail hinge von mises clouds under LC02
3 不同浪向角的波浪载荷对开体状态下甲板铰链的影响

4 甲板铰链的疲劳寿命估算

 $\frac{{S}_{a}}{{S}_{-1}}+\frac{{S}_{m}}{{S}_{u}}=1 。$ (4)

 ${S}_{a}=\frac{1}{2}\left({S}_{\rm max}-{S}_{\rm min}\right)，$ (5)
 ${S}_{m}=\frac{1}{2}\left({S}_{\rm max}+{S}_{\rm min}\right) 。$ (6)

5 结　语

1）本船甲板铰链构件尺寸取值偏大，有一定的优化空间。

2）斜浪状态下甲板铰链的整体应力水平最大，随浪状态次之，顶浪状态再次之，横浪状态最小。

3）每块铰链眼板的最大应力出现在与轴承支座的过渡处，该处形状应做到平滑过渡，焊缝打磨光滑，防止出现应力集中。

4）铰链眼板自由边的中间部分存在高应力区，这与结构力学中机构形成破坏的一般规律相符，可以考虑在自由边增加面板，提高铰链眼板的承载能力。

5）中心铰链眼板应力水平均高于两侧铰链眼板。可考虑采用偶数眼板型（如“2+2”型）的甲板铰链，通过直接计算法进行设计，获得眼板的应力水平，配合疲劳寿命估算，减少结构重量。

 [1] 中国船级社. 国内航行海船建造规范(2022) [S]. 北京: 人民交通出版社, 2022. [2] BV. Rules for the Classification of Steel Ships. PT D. Chapter 13. Ships for Dredging Activity [S]. 2022.6. [3] 袁万洪. 500 m3开体泥驳总体设计简介[J]. 船海工程, 1996(6): 33-35. [4] 闫桂荣. 开体式挖泥船液压缸及甲板铰链的设计分析[J]. 船舶工程, 2013, 35(3): 16-18+58. DOI:10.13788/j.cnki.cbgc.2013.03.015 [5] 杨敬东, 黎扬武, 刘美山, 等. 60m3铰接式对开泥驳铰链系统受力分析及优化设计[J]. 重庆交通大学学报:自然科学版, 2020, 39(12): 130-134. [6] 冯立静, 张国友, 等. 基于Patran/Nastran的铰链模拟分析[J]. 机械设计与制造, 2009(10): 232-234. DOI:10.3969/j.issn.1001-3997.2009.10.092 [7] 刘健中, 管义锋. 大洋综合资源调查船全船结构强度有限元分析[C]// 船舶与海洋结构学术会议暨中国钢结构协会海洋钢结构分会成立三十周年纪念学术会议, 2015. [8] 张少雄, 杨永谦. 船体结构强度直接计算中惯性释放的应用[J]. 中国舰船研究, 2006, 1(1): 58-61. [9] 盛振邦, 刘应中. 船舶原理[M]. 上海: 上海交通大学出版社, 2004. [10] C. B, 谢联先. 机械零件的承载能力和强度计算[M]. 机械工业出版社, 1984. [11] 王晓钢, 郭杏林, 张小鹏. 利用热像法快速获取Q235钢的疲劳极限与S-N曲线[C]// 2010年海峡两岸材料破坏/断裂学术会议暨第十届破坏科学研讨会/第八届全国MTS材料试验学术会议论文集, 2010. [12] 陈传尧. 疲劳与断裂[J]. 武汉: 华中科技大学出版社, 2002.