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船舶跳板的有限元分析

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      跳板是船舶與碼頭連接的橋梁,在滾裝船、客滾船及車輛運輸船中應用極為廣泛。在船舶設計建造中,跳板通常由設備廠商直接供貨,但也會遇到制造廠要求船舶設計方直接提供跳板設計方案的情況。跳板設計需要考慮結構布置、構件尺寸以及眼板和銷軸配合等諸多因素。本文以海口-海安線客滾船的跳板設計為例,對船舶設計中遇到的跳板結構設計問題進行有限元分析的闡述。
      跳板按照其用途一般可分為車輛跳板和旅客跳板,為滿足旅客和車輛上下船的需要,海口—海安線客滾船設置首、尾車輛跳板及尾部旅客跳板,大大提高裝卸車輛及人員通行的效率。
      跳板采用鋼質焊接結構,跳板收起后與船體外殼平齊,跳板與船體以鉸鏈連接,跳板接岸處設置小跳板并與主跳板以鉸鏈連接。
      依據中國船級社《鋼質海船入級規范(2012)》中有關要求,對跳板的強度和剛度進行校核。采用MSC.PATRAN和NASTRAN軟件對跳板進行有限元建模分析。跳板連接船舶和碼頭的兩端,為保證載荷向首尾有效傳遞,跳板結構形式采用縱骨架式,并設置足夠的橫向結構,見圖。
      對于車輛跳板,載荷相對比較集中,而載荷位置存在不確定性,因此應保證結構的連續性,以確保不同部位都能夠承受相應載荷。
      跳板端部的鉸鏈應設置在跳板縱向強構件處。由于銷軸較長,因此對于縱向強構件布置間距的選取,既要考慮滿足結構強度的要求,又要保證構件之間留有足夠的間距,以便軸銷的插取,對跳板進行后期的維護保養。此外,跳板上表面應布置適當防滑條。當跳板同時作為首尾門時,跳板底板厚度應不小于相應位置的外板厚度。對于緊固裝置部位應做相應加強結構,確保其有足夠強度。
      由于首、尾車輛跳板結構尺寸、結構形式及受力相同,本文僅對旅客跳板和尾部車輛跳板進行詳述。有限元模型見圖2~圖3。
      計算狀態:跳板水平放置。
      設計載荷:
      1)旅客,85 kg/人,10人/m2計算,動載荷安全系數取2.50。
      2)跳板自重載荷,g=9.81 N/kg。
      由于人員流動連續性,設計載荷以均布形式施加在跳板上表面,并考慮極端情況下旅客布滿跳板。
      計算狀態:跳板水平放置,所有車輪與跳板保持有效接觸。
      設計載荷:
      1)以重型半掛車為計算依據,取單軸設計負荷Ps=24 t,動載荷安全系數取1.10。
      2)跳板自重載荷,g=9.81 N/kg。
      設計載荷施加時,應根據車輛裝載情況,選取可能出現的最大貨車輪壓載荷,以面載荷形式施加,受力面積應不超過車輛輪印面積,載荷施加位置位于跳板強肋板之間強度較弱位置處,并且在計算中選取車輛行駛在跳板三個典型位置分別進行加載。


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