[发明专利]一种木屑船船体结构抗裂纹设计方法

说明书

本发明涉及船舶设计技术领域，具其公开了一种木屑船船体结构抗裂纹设计方法，包括以下步骤：(1)历史数据统计；(2)新船设计；(3)建模分析；(4)收集制造误差数据；(5)模型修正；(6)疲劳寿命分析；(7)建立焊缝制造误差影响系数。本发明依据历史统计数据对船体结构进行补强设计，并考虑了制造误差对于疲劳寿命的影响，通过模型修正前和模型修正后的两次有限元建模分析，提高了木屑船船体结构抗疲劳性能；同时，通过将有限元模型修正前和修正后的疲劳寿命分析结果进行对比，建立了焊缝制造误差影响系数，为后续新船的改进设计提供了指导。由此可以克服现有常规设计所造成的木屑船船体抗裂纹性能较差的弊端。

技术领域

本发明涉及船舶设计技术领域，具体涉及一种木屑船船体结构抗裂纹设计方法。

背景技术

木屑船(chip carrier)是装载造纸用原料碎木材专用散货船，虽然现在有将木屑船改装成兼矿砂等其他散货的多用散货船的设计，但是迄今为止所称的木屑船均指专用的碎木材运输船。

现有技术中，木屑船是属于散货船的范畴，但是它与常规的散货船相比又有一定的区别；木屑的密度很轻，海运木屑需要具有非常大舱容的专门散货船；为了增加货舱容积，最有效的方法是增加型深，所以木屑船的型深非常大；同时，货舱采用单壳结构、设有双层底和底边舱，但不设顶边舱；这样的结构设置，给船体结构带来了一个很大的问题：船体刚性较弱，船舶在海上航行时，结构一直受到波浪力以及运动产生的各种惯性力的作用，使疲劳问题更加突出；因此，关键部位容易产生裂纹。

根据相关资料，在经过统计的目前在用的121艘木屑船中，总共产生了576处裂纹损伤，其分布在重压载舱、货舱、首尾尖舱等部位，产生裂纹的时间为5～15年不等。因此，对于现有技术中按照散货船结构共同规范原则而设计的木屑船，为了改善船体结构性能，有必要通过对船体结构的关键部位进行设计研究，来减少船舶在营运过程中出现裂纹的概率。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种木屑船船体结构抗裂纹设计方法，旨在减少木屑船在营运过程中出现裂纹的概率，提高船体结构的抗疲劳性能。具体的技术方案如下：

一种木屑船船体结构抗裂纹设计方法，包括以下步骤：

(1)历史数据统计：建立以往木屑船疲劳裂纹的统计数据；所述统计数据包括容易产生疲劳裂纹的船体部位和产生疲劳裂纹时的船龄；其中，所述以往木屑船均是根据散货船结构共同规范进行设计制造的木屑船；

(2)新船设计：按照散货船结构共同规范进行木屑船的新船设计，且在设计新船时，根据以往木屑船疲劳裂纹的统计数据，在容易产生疲劳裂纹的船体部位进行补强设计；

(3)建模分析：根据补强设计后的新船设计图纸，建立新船的有限元模型，采用有限元分析软件，对模型施加疲劳载荷，对所述的容易产生疲劳裂纹的船体部位进行疲劳寿命分析；

(4)收集制造误差数据：新船在建造过程中，进行制造误差数据的收集；所述制造误差数据包括容易产生疲劳裂纹的船体部位的制造误差数据，且所述船体部位的制造误差数据包括焊缝制造误差数据；

(5)模型修正：根据新船的制造误差数据，对有限元模型进行修正；

(6)疲劳寿命分析：利用修正后的有限元模型，对所述的容易产生疲劳裂纹的船体部位重新进行疲劳寿命分析；

(7)建立焊缝制造误差影响系数：将有限元模型修正前和修正后的疲劳寿命分析结果进行对比，评估缝制造误差对疲劳寿命的影响程度，建立焊缝制造误差影响系数，用于后续新船的改进设计。

其中，所述建模分析步骤中，建模时对容易产生疲劳裂纹的船体部位进行网格细化。

其中，所述建模分析步骤中，对模型施加的疲劳载荷模式包括满载和压载两种模式。