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艙口蓋是船舶主要結(jié)構(gòu)設(shè)備之一，多用途船艙口蓋的主要作用是承受風(fēng)雨載荷以保證船舶貨艙的風(fēng)雨密狀態(tài)，作為載貨平臺用來載運各種甲板貨物，如集裝箱、木材等。隨著船舶的大型化和艙口蓋功能的多樣化，艙口蓋的屈服和屈曲強度問題正越來越受到設(shè)計方和建造方的關(guān)注，因此要在滿足規(guī)范強度要求下尋求較合理的結(jié)構(gòu)加強和改進方案。本研究對某載重為54500DWT多用途船的艙口蓋建立模型進行有限元分析，全船設(shè)四個貨艙，艙口蓋的形式為鋼質(zhì)風(fēng)雨密液壓折疊式艙蓋，平頂開式結(jié)構(gòu)，貨艙艙口蓋頂板、強橫梁和縱析均采用AH36高強度鋼，其他構(gòu)件采用船用A級鋼，按規(guī)范確定作用于艙口蓋上的載荷，重點關(guān)注船舶在迎浪和橫浪狀態(tài)下由于集裝箱的慣性力而施加于艙口蓋上的那部分載荷，并根據(jù)應(yīng)力計算結(jié)果對原結(jié)構(gòu)進行加強與改進。
該船共有四個艙口蓋，由于第四貨艙艙口蓋和第三貨艙艙口蓋結(jié)構(gòu)相同，因此僅分別對第一貨艙、第二貨艙和第三貨艙的艙口蓋進行加載分析。對于頂板和其他構(gòu)件按規(guī)范扣除腐蝕增量為2mm，第一貨艙艙口蓋有限元模型的正面和反面如圖所示。根據(jù)縱向及橫向限位器的特性，縱向限制其縱向及垂向的位移，橫向限制其橫向的位移，支撐塊限制其垂向位移，表為模型施加的邊界條件。
根據(jù)艙口蓋受力情況，考慮到均布的風(fēng)雨載荷及慣性載荷，按表所示的五種工況進行校核。集裝箱慣性載荷計算時考慮兩種狀態(tài)，分別為迎浪狀態(tài)b(正的升沉運動)和橫浪狀態(tài)和d(負的橫搖角)。當(dāng)艙口蓋不承載貨物時，僅需考慮風(fēng)雨載荷作用的影響，并將此載荷以均布壓力形式作用于艙口蓋頂板上。由于該船船長超過100m，根據(jù)蓋板所處位置，按表所示公式計算風(fēng)雨載荷。
風(fēng)雨密艙口蓋的許用正應(yīng)力和許用剪應(yīng)力由鋼材的屈服應(yīng)力和艙口蓋的安全因子所決定的，如表h所示。有限元計算結(jié)果表明，在原設(shè)計情況下三塊艙口蓋頂板的最大正應(yīng)力均未能滿足小于許用應(yīng)力的要求，故需對頂板厚度加強，由原來的10mm增厚到12mm，第一艙口蓋頂板的部分厚度還需加厚到14mm。
對于多用途船來說不僅要承受風(fēng)雨載荷作用還要承載一定貨物如集裝箱等，因此有必要對艙口蓋板及其支撐構(gòu)件做屈曲強度校核。鑒于手工計算屈曲強度較為繁瑣，參照艙段中屈曲計算方法，利用中國船級社開發(fā)的CCS tools工具中的屈曲模塊對該艙口蓋的蓋板、橫梁腹板以及縱析腹板的屈曲因子進行了計算，計算中扣除了相應(yīng)腐蝕余量，結(jié)果表明，所有構(gòu)件的屈曲強度均滿足規(guī)范的要求，其中第一艙口蓋的屈曲因子如圖所示。
1)艙口蓋頂板以及橫梁腹板和縱析腹板的最大正應(yīng)力均出現(xiàn)于第一種工況，這表明考慮風(fēng)雨載荷對強度的影響比較大。2)計算中考慮了集裝箱慣性載荷，更加準(zhǔn)確地模擬了船舶實際航行中艙口蓋的受力情況，計算結(jié)果表明慣性載荷對艙口頂板的強度影響較大。3)頂板下加強筋結(jié)構(gòu)應(yīng)力較大，但仍在許用范圍內(nèi)，這與后來對頂板結(jié)構(gòu)進行加強有關(guān)，同時計算中扣除了腐蝕余量2mm，計算結(jié)果是偏于安全的。4)在結(jié)構(gòu)加強基礎(chǔ)上對艙口蓋作屈曲評估，屈曲因子大于1，滿足規(guī)范要求。
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