艙口蓋是船舶貨艙開口的關閉裝置，肩負著密封艙口、保護貨物和支撐平臺的重要作用。由于在船舶營運過程中，艙口蓋將承受貨物和甲板上浪等外部載荷，這就要求其必須具有足夠的強度，鑒于此，各大船級社規范都對船舶艙口蓋的強度校核提出了計算要求。近些年來，隨著艙蓋設計技術和構造形式的變化，原有的經驗公式和簡單計算方法己經無法滿足艙蓋設計的發展，而有限元分析計算方法由于其可以方便地處理較為復雜的結構，且計算結果直觀，精度較高，在艙蓋的設計中能有效地控制重量，優化結構，因此這種方法得到了廣泛的應用。
      本研究基于CCS《國內航行海船建造規范2012》中關于船舶艙蓋強度計算的要求，介紹了艙蓋有限元計算的流程，并結合實船算例，探討了船舶艙蓋設計優化的方法。
      有限元模型的建立應基于結構的形式。艙蓋一般采用縱橫結構形式，以縱骨架式的艙蓋為例，其艙蓋載荷作用于頂板，主要由縱骨承受并傳遞到強橫梁上，強橫梁再通過強縱析傳遞到兩端支撐結構，最后將力傳遞到甲板艙口圍上。
      本研究使用大型有限元軟件MSC.Patran建立模型，建模原則根據CCS《國內航行海船建造規范2012》關于結構強度直接計算的要求進行。三維有限元模型應能夠準確描述艙蓋的幾何形狀，模型中所有的板，包括強橫梁和強縱析的腹板和而板，應采用板單元進行模擬，并盡量減少使用三角形單元，特別是在結構應力集中區域避免采用三角形單元，橫梁和縱骨等普通扶強材一般使用梁單元模擬。模型網格的大小應根據普通扶強材的間距來確定，盡量采用比較方正的單元模擬，強橫梁和強縱析等主要支撐構件的腹板在高度方向上應至少分布3個單元，板單元的長寬比不得大于3:1。
      邊界條件的設置對計算結果有很大的影響，應根據結構的實際工作情況來合理地確定有限元模型的邊界。因為艙口蓋是放置于艙口圍板之上，由支撐塊、限位塊和鎖緊裝置對其進行固定，所以邊界條件應根據這些裝置的布置情況對艙蓋模型施加約束。一般情況下，按照船體坐標系，支撐塊處應約束Z方向的線位移，橫向限位塊應約束Y方向的線位移，縱向限位塊應約束X方向的線位移。當然，在艙蓋的設計中，限位支撐裝置往往會出現縱橫向限位塊或者支撐塊兼限位塊等情況，這就要按照實際情況對艙蓋施加以上三種約束的組合。
      有一些設計人員在艙蓋強度計算中，將整個艙蓋的側板下沿都施加了Z方向約束，這會使計算結果的應力水平偏小，特別是在支撐塊處的應力下降得特別明顯，從而使結果更容易符合規范的要求。

                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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