[发明专利]一种确定集装箱船绑扎桥与上层建筑连接结构厚度的方法

说明书

本发明公开了一种确定集装箱船绑扎桥与上层建筑连接结构厚度的方法，通过建立振动模型完成避振分析、计算振动幅值、分析设计载荷下结构应力、实船振动幅值测量、分析实船测得载荷下结构应力五个步骤，得到最终连接结构尺寸。本发明适用于所有带有绑扎桥结构的集装箱船，解决带有绑扎桥结构的集装箱船中连接结构由振动引起的疲劳问题，通过实船监测数据代替模型分析数据，二次分析校核结构尺寸，可有效解决反复更换连接结构，给船舶建造造成的麻烦，有效的降低了绑扎桥与上层建筑连接结构发生疲劳破坏的风险，提高集装箱船运营的安全性，提高前期设计的可靠性和后期维护的实效性。

技术领域

本发明涉及集装箱绑扎桥与上层建筑连接结构尺寸设计方法，更具体的说，是一种基于振动响应分析理论的集装箱船绑扎桥与上层建筑连接结构尺寸设计方法。

背景技术

随着航运事业的发展，因其装卸快捷、航速高、货物安全性好等特点，集装箱船越来越受到国际运输市场的青睐，已经成为国际船舶航运市场中的主要船型之一。但是，集装箱船作为一种特殊船型，由于甲板上堆放多层集装箱，必须采用绑扎桥进行绑扎。船舶在海上航行时，部分绑扎桥绑扎于上层建筑上，上建的振动会引起绑扎桥不同程度的振动。绑扎桥振动导致绑扎桥与上层建筑连接结构中高应力区产生疲劳裂纹，导致结构破坏。

传统的设计中，由于船级社对绑扎桥连接结构不做疲劳要求，一旦在实船营运中发生疲劳破坏，也不采取疲劳裂纹产生的振动分析计算，直接便采用原设计板厚进行旧板替换，或者根据经验在原设计板厚下增加1～2mm进行旧板更换。这种方法费时费力而且还不解决问题，即使加厚板厚，没有进行分析，仍然给不出合适的板厚信息。一般，连接结构发生疲劳破坏后，实船上更换新板的次数高达20次。

因此，发明一种可靠的且便于计算分析的集装箱船绑扎桥与上层建筑连接结构尺寸的设计方法是非常必要的。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种确定集装箱船绑扎桥与上层建筑连接结构厚度的方法，包括建立振动模型完成避振分析、计算振动幅值、分析设计载荷下结构应力、实船振动幅值测量、分析实船测得载荷下结构应力，这种方法能够在设计阶段，通过数值模拟和实船监测的方法快速合理地确定绑扎桥与上层建筑连接结构尺寸，其所采用的技术方案是：

S1：根据图纸建立绑扎桥与上层建筑及连接结构的有限元模型，应用数值模拟软件ANSYS对有限元模型进行振动预报分析，得到连接结构的固有频率和第一振动响应幅值,将连接结构的固有频率分别与主机和螺旋桨的激励频率进行对比，若连接结构的固有频率＜1.5主机的激励频率，或连接结构的固有频率＜1.5螺旋桨的激励频率，增加连接结构尺寸，修改连接结构尺寸来增加频率储备，直到连接结构的固有频率≥1.5倍主机和螺旋桨的激励频率。

S2：将S1中得到的第一振动响应幅值作为载荷文件重新加载到S1中的有限元模型上，应用数值模拟软件ANSYS进行强度分析，计算出绑扎桥与上层建筑连接结构的第一合成应力。

S3：将S2中的第一合成应力与其屈服极限进行对比，若第一合成应力≥0.4屈服极限，则增加连接结构的尺寸，重新进行S1和S2的分析计算，直到满足第一合成应力＜0.4屈服极限，将满足条件的连接结构安装到实船上。若第一合成应力＜0.4屈服极限，则认为该连接结构尺寸设计在理论上不发生疲劳破坏，此时的连接结构尺寸可作为实船建造的依据。

S4：使用振动响应测试仪器VM54对实船进行振动响应的测试，提取连接结构在实船中的第二振动响应幅值，将第二振动响应幅值作为载荷文件加载到S1中的有限元模型上，应用数值模拟软件ANSYS进行强度分析，计算出绑扎桥与上层建筑连接结构的第二合成应力。

S5：将第二合成应力与其屈服极限进行对比，若第二合成应力＜0.4屈服极限，则认为该结构设计在理论上不发生疲劳破坏，即验证连接结构在设计阶段的尺寸完全满足要求；若第二合成应力≥0.4屈服极限，则增加连接结构的构件尺寸，重新进行S1—S4分析，直到满足第二合成应力＜0.4屈服极限。此时的连接结构的尺寸为最终尺寸。