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在世界經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，航運(yùn)作為最實(shí)惠的運(yùn)輸方式，其高速發(fā)展的勢(shì)頭也被帶動(dòng)了起來(lái)，其中最受歡迎的船舶類型便是散貨船，因此它的需求量越來(lái)越大。然而，一直以來(lái)，散貨船的折損問(wèn)題也一直是船東們一筆損失。眾所周知，船舶的拖帶與系泊是船舶營(yíng)運(yùn)過(guò)程中的常用工況，但是此時(shí)船體支撐結(jié)構(gòu)與系泊設(shè)備受力較大，如果此處的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，很容易造成事故，經(jīng)常會(huì)對(duì)人身以及財(cái)產(chǎn)的安全造成嚴(yán)重的威脅。所以，根據(jù)中國(guó)船級(jí)社通函的要求，需針對(duì)性的對(duì)此以及其附近的結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度有限元分析。
船上的拖樁、拖纜孔、導(dǎo)纜器等設(shè)備，受力最大的時(shí)候，莫過(guò)于船舶進(jìn)行拖帶、系泊作業(yè)的時(shí)候。對(duì)各拖帶以及系泊設(shè)備進(jìn)行一定的強(qiáng)度校核，能有效提高船舶拖帶與系泊過(guò)程中的安全系數(shù)。只要在船舶拖帶以及系泊作業(yè)工況下，確保拖帶和系泊設(shè)備能夠承受住相應(yīng)符合，其他工況一般便不需再考慮。因此，也只需要對(duì)拖帶和系泊設(shè)備支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模、計(jì)算、強(qiáng)度分析與校核等。
分析時(shí)要考慮兩種工況，即拖帶工況和系泊工況，而具體的拖帶和系泊方式，可能會(huì)導(dǎo)致作用在拖帶和系泊構(gòu)件上的載荷不同。由于在船體拖帶與系泊的情況下，此處的結(jié)構(gòu)受載同樣有差別。然而在計(jì)算過(guò)程中，為確保安全，我們需要進(jìn)行的強(qiáng)度校核計(jì)算，是對(duì)拖帶以及系泊結(jié)構(gòu)破壞最大的受載工況。計(jì)算得出的結(jié)論將會(huì)對(duì)以后散貨船相關(guān)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及其強(qiáng)度分析具有一定的參考意義。
本船拖帶與系泊設(shè)備按照中國(guó)船級(jí)社規(guī)范及船東要求配備，系泊部分有各類帶纜樁12個(gè)，拖帶部分有2個(gè)拖樁。甲板結(jié)構(gòu)的橫梁和縱析相對(duì)來(lái)說(shuō)屬于強(qiáng)構(gòu)件，把以上設(shè)備盡量均勻的布置在橫梁和縱析上，可以使拖帶和系泊設(shè)備上的復(fù)合得到均勻有效的分布。
建立模型以及計(jì)算的整個(gè)過(guò)程中，涉及到的單位統(tǒng)一用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位制，涉及到的坐標(biāo)統(tǒng)一以右手笛卡爾坐標(biāo)系：
a)軸指向船舷；
b)軸指向左舷側(cè)；
c)軸沿船體垂直甲板向上。結(jié)構(gòu)采用“中國(guó)船級(jí)社”A級(jí)鋼構(gòu)成。計(jì)算時(shí)，材料的物理特性參數(shù)取值如下：彈性模量：E=2.06xe11 N/m2，泊松比0.26，屈服點(diǎn)235Mpa，密度：p=7.85t/m3。
本船系泊設(shè)備按中國(guó)船級(jí)社規(guī)范及船東要求配有各類帶纜樁12個(gè)。由于結(jié)構(gòu)與載荷的對(duì)稱性，在船首、船中、船尾各選擇1個(gè)有代表性的帶纜樁分別建立模型計(jì)算；帶纜樁和導(dǎo)纜滾輪布置及對(duì)應(yīng)的模型編號(hào)。
模型4是首部帶纜樁，位于肋位229至肋位232之間，總體坐標(biāo)系位于首樓甲板上表面。
模型5是中部帶纜樁，位于肋位125至肋位127之間，坐標(biāo)系位于首樓甲板上表面。
模型7是尾部帶纜樁，位于肋位2至肋位5之間。坐標(biāo)系位于首樓甲板上表面。
要得到系索和拖索的設(shè)計(jì)負(fù)荷，需要根據(jù)三個(gè)數(shù)據(jù)。一是：船舶曬裝數(shù)，二是：《船級(jí)社規(guī)范》中相應(yīng)要求。三是：系索以及拖索的公稱破斷強(qiáng)度。
(1)確定設(shè)計(jì)中系泊、拖帶操作時(shí)負(fù)荷的數(shù)值。
我們可以得到曬裝數(shù)EN規(guī)定的系索和拖索的公稱破斷負(fù)荷，此時(shí)的設(shè)計(jì)數(shù)值便取系索和拖索的公稱破斷負(fù)荷的1.25倍。
(2)設(shè)計(jì)負(fù)荷施加的方式。
通過(guò)依據(jù)系泊與拖帶布置圖顯示布置的系索與拖索進(jìn)行施加。在有限元計(jì)算中，所有的計(jì)算載荷都通過(guò)MPC單元的REB2施加到帶纜樁、拖樁受力高度的中心位置。其中，Independent Node為力的作用點(diǎn)；Dependent Node為系泊設(shè)備連接船體結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)。
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