原创《某豪华邮轮改装工程中局部强度直接计算分析》：本文是一篇关于豪华邮轮论文范文，可作为相关选题参考,和写作参考文献。
摘 要：在邮轮的改装工程中,结构型式的增改对船体的局部强度会产生重要影响.为保证邮轮的结构安全,本文根据规范对改装的邮轮进行了强度校核.
关键词：豪华邮轮；改装；强度校核
中图分类号：U663.2 文献标识码：A
1 引言
当前世界邮轮旅游市场发展已经进入一个全新的阶段,豪华邮轮旅游成为高端旅游产品,我国豪华邮轮旅游市场发展空间巨大.“宝岛之星”豪华邮轮于1970年由芬兰船厂（Oy Wartsila, Helsinki）建造,其后于1978年进行过加长改装.为适应市场需要,再次对原船进行升级改装,改装后用于台湾海峡两岸及亚太地区作观光、旅游及娱乐.此次改装在结构方面有重大影响的是原邮轮的8甲板处增加了玻璃顶篷结构,因此本文主要对改装工程的结构强度进行了分析计算,以确保增加的结构不会影响邮轮的局部结构安全.
2 改装概述
本次改装保持原船的主尺度及技术性能指标不变.该邮轮船长194.32 m,垂线间长168.35 m,宽24 m,型深16.8 m,设计吃水6.7 m,航区为无限航区.主甲板以上有5层甲板,以下有4层甲板,甲板命名为最底层甲板为1甲板,其余甲板依次增加.本次改装主要是主甲板即5层甲板以上舱室进行局部调整,增加部分餐饮、娱乐功能,内部装饰重新装修.结构改动较大的区域是8甲板中部区域,该区域更改为*区及*观海区,并增加玻璃顶篷,玻璃顶篷依靠钢结构支撑,增加的玻璃顶篷以及钢结构的效果图见图1.该区域钢结构进行重新设计,并落在8甲板上.本文对该区域增加顶篷以及钢结构后的改动处进行了局部强度校核,以保证结构强度满足规范要求.
改装设计按照BV船级社《钢质船舶入级规范》[1]（以下简称《BV规范》）进行,由BV船级社检验并签发相关的证书.
3 有限元模型
3.1 模型的建立
本文的强度直接计算采用通用有限元软件MSC.Patran（2005 R2） [2]进行建模加载,MSC.Nastran进行计算分析.根据圣维南原理,为了尽量减少边界条件对计算结果的影响,对模型范围进行适当扩充,模型前后端取在横舱壁处,纵向范围取#96～#125,宽度取船宽,高度取8层甲板的下一层甲板到玻璃顶篷顶部.该范围包括了本文所要计算的改装区域,模型坐标系以船首方向为X轴正方向,左舷方向为Y轴正方向,垂直甲板向上为Z轴正方向.有限元模型如图2所示.
该模型采用了三种有限元单元：甲板板、甲板强横梁腹板、甲板纵桁腹板、玻璃顶篷等采用板单元；甲板和舱壁的弱构件、顶篷区域的桁架结构等采用梁单元；强构件的面板采用杆单元.该模型共27313个板单元,12312个梁单元,3050个杆单元,28186个节点.单元最大长度约325 mm,即半个肋位长.
3.2 材料及边界条件
结构材料采用普通碳素钢,弹性模量为2.06 x105 Mpa,泊松比为0.3,密度7.85x10-9t/mm3,屈服强度为235 Mpa.玻璃顶篷采用玻璃,弹性模量为6.9x104 Mpa,泊松比为0.33,密度2.67x10-9 t/mm3.本文主要考虑增加玻璃顶棚后,玻璃的重量对船体结构局部强度的影响,未对玻璃的强度特性进行研究.
由于有限元模型边界处的结构刚度较大.为此,可设定边界条件为模型底部及首尾端面处的所有节点刚性固定,即T1等于T2等于T3等于0, R1等于R2等于R3等于0.边界条件见图2所示.
3.3 计算工况及载荷组合
根据《BV规范》B篇第5章第3节的要求,本文选取船舶处于迎浪状态和横浪状态两种工况进行计算.两种工况所考虑的载荷主要有8甲板、驾驶甲板及顶篷结构承受的静水压力载荷,船舶运动加速度产生的惯性载荷,以及玻璃顶篷所承受的风载荷.各载荷的计算值见表1.
4 计算结果及分析
4.1 强度标准
4.2 改装局部结构加强
在本次改装中,8甲板支撑顶棚支柱处有一升高平台,该处原为吧台,结构构件较小.在改装初期计划将该平台拆除,顶棚支柱直接落在8甲板上.但在改装工程中发现,平台下有电气及轮机管道,考虑到拆除工作量较大以及安全原因,该平台不能拆除.由于平台下主要支撑构件开孔较大,建模中对该处进行合理折减,折减后模型见图3.
从图3可以看出,支柱1下方没有支撑构件.为保证该处结构强度,同时考虑到现场施工的方便以及结构的连续性,初步决定两种结构加强方案：方案一仅在支柱1下方进行加强,方案二在支柱1～3下方进行加强.
从计算结果可以看出,方案一和方案二应力均满足要求.但是方案二的应力结果要远优于方案一,其结果分布也比较好,在两种方案的改装量相差不大的情况下,本文推荐选择方案二.
4.3 计算结果及分析
各种工况的计算结果极值统计,见表2.
通过以上的图表可以看出：在两种工况下极值结果均满足要求.两种工况相比较,迎浪状态下的结果小于横浪状态,这和所施加的载荷情况是相符的.
从以上结果还可以看出梁的合成应力极值比较接近于标准,但是由于在建模过程中忽略了肘板等小的连接构件,实际上由于肘板的存在,应力可以较好的分配和传递,因此认为该结果是可以接受的.
5 结论
通过计算分析,校核了邮轮改装工程中结构改动对局部强度的影响,确保了邮轮的结构安全.同时通过计算分析可以较好地发现受力薄弱点,并对此进行有效的加强.对于新增的支撑玻璃顶篷的钢结构,在计算中可以优化其布置型式,对其设计具有一定的指导意义.
参考文献
[1] BV船级社. 钢质船舶入级规范（2011）[S]. 北京： 人民交通出版社, 2011.
[2] 刘兵山, 黄聪. Patran从入门到精通[M]. 2003.
豪华邮轮论文参考资料：
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