拼装式直升机起降平台强度分析评估
发布时间：2021-08-28 16:31
某直升机起降平台采用板块拼装结构以便于运输和快速加装到集装箱船甲板上。为分析评估起降平台结构设计强度,对比各船级社规范的适用性并选择CCS规范作为主要参考规范,通过有限元法分析均布载荷、直升机着陆冲击和系留工况下的平台设计强度,采用塑性分析法评估了平台结构在托盘掉落工况下的塑性变形。分析评估结果表明,以CCS规范为参考的许用应力法结合极端工况下的塑性分析法可满足特殊结构起降平台的强度分析要求,允许发生适度局部塑性变形可有效降低结构重量和成本。
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(17)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
平台板块有限元模型Fig.1Finiteelementmodelofhelideckplate
社规范中结构设计经验公式理论原理基本一致，都提供了明确的载荷、载况和应力衡准，计算结果通常作为有限元建模的初始输入，均能够满足平台设计基本要求。然而由于理念和侧重点的不同，导致各规范的经验公式及其计算结果存在一定差异，其中CAP437的工况载荷要求最为严格，但因设计强度余量较大而不利于简化结构和减轻重量，ABS和CCS规范的设计工况和载荷及衡准相近。相比其他规范利用有限元法分析，GJB534B对结构件的校核采用经典力学计算方法，外载荷简化为集中力，使用限制较多。近年来入级中国船级社的海船和海工直升机平台采用CCS规范的较多，刘文斌等[5–9]使用CCS规范进行了工程实例分析计算，但针对的都是整体骨架式起降平台。本文研究的起降平台结构设计与前述整体骨架式起降平台存在较大不同。由于该起降平台加装对象主要为中国籍集装箱船，入级中国船级社，且平台平铺在甲板（舱盖）上，可视作主船体甲板连续平台，因此以CCS《钢制海船入级规范》（以下简称CCS钢船规范）为主要设计分析参考依据，并结合个别工况的塑性分析进行强度评估。1平台板块强度分析1.1材料主要参数起降平台材料选用DH36船用钢，屈服应力σS取355N/mm2，弹性模量E取2.1×105MPa，泊松比μ取0.3，密度ρ取7850kg/m3。1.2应力衡准根据CCS钢船规范，各工况下直升机起降平台板块的板、骨架、主要支撑构件的许用应力如表1所示。表1各工况许用应力Tab.1Allowablestressofeachworkingcondition工况板许用应力/MPa骨架许用应力/MPa主要支撑构件许用应力/MPa板及主要支撑构件许用剪切应力/MPa均布载荷0.6σS（213）0.6σS（213）0.6σS（213）0.6σS/√3（123）着陆冲击σS（355）σS（355）0.9σS（319.5）0.9σ
的范围施加上述均布载荷。②板块结构自重。③雪、冰或其他环境载荷，按0.5kN/m2的均布载荷计算。3）直升机系留工况系留工况为下列载荷的联合作用：①承受最大起飞重量的机轮载荷，其机轮承载面积可按直升机着陆冲击工况中的假定；②板块结构自重；③雪、冰或其他环境载荷，按0.5kN/m2的均布载荷计算；④直升机和平台结构由于船舶运动而产生的惯性力，水平惯性力和垂直惯性力分别取直升机和板块结构自重的0.5倍。2计算结果分析在直升机着陆冲击工况和系留工况中，对图3所标示的P1A，P1B，P1C等3种典型轮印位置加以分析，得到受力分析数据。板块各工况下变形及应力情况如表2所示。图3着陆冲击及系留工况轮印位置分布Fig.3Locationdistributionofwheelprintsunderlandingimpactandtetheringconditions表2板块变形及应力汇总Tab.2Summaryofplatedeformationandstress工况最大变形/m最大合成应力/Pa梁单元最大弯曲应力/Pa最大剪切应力Pa均布载荷0.004134.099.480.3着陆冲击P1A0.005213.074.869.4着陆冲击P1B0.005265.079.073.4着陆冲击P1C0.003142.067.268.4系留P1A0.005213.081.069.6系留P1B0.005265.081.674.8系留P1C0.004143.074.069.0表2所示各工况下板块的合成应力、剪切应力、梁单元弯曲应力状态与表1进行比对，均满足规范要求。此外，从样本的多样性、典型性考虑出发，在表2中选取均布载荷、着陆冲击工况的轮印位置P1A、系留工况的轮印位置P1B进行附图分析。2.1均布载荷工况板块均布载荷工况的位移云图及应力云图如图4所示。图4均布载荷工况板块的位移及应力云图Fig.4Displacementandstressnephogramofplateunderuniformloadcondition板块均布载荷工况时，最大形变量为3.846mm，最大合成应力
【参考文献】：
期刊论文
[1]直升机平台结构设计规范比较[J]. 詹蓉,雷雨雨,甘露. 中国海洋平台. 2019(04)
[2]SEU直升机平台结构规范研究与强度校核[J]. 陈佳欣,陈裴,符家恒. 船舶设计通讯. 2017(01)
[3]海工船直升机平台结构样式的强度分析研究[J]. 刘文斌. 江苏船舶. 2017(02)
[4]铝合金直升机平台结构强度分析方法研究[J]. 赵炳雄,严谨. 中国水运(下半月). 2017(01)
[5]海洋工程船舶直升机甲板模块设计计算[J]. 李清斌. 石油矿场机械. 2014(09)
[6]自升式钻井平台直升机平台强度分析与优化设计[J]. 唐文献,朱文,张建,王奎. 船舶工程. 2013(06)
[7]海洋平台直升机甲板结构设计[J]. 刘永胜,龚景景. 船舶工程. 2013(S2)
硕士论文
[1]极地船冰载荷与抗冰结构设计研究[D]. 乔路.哈尔滨工程大学 2017
[2]自升式钻井平台的直升机平台及其支撑结构强度研究[D]. 王强强.江苏科技大学 2017
[3]冰区航行船舶在冰载荷作用下的局部结构强度分析研究[D]. 孙鸣远.哈尔滨工程大学 2015
[4]冰载下极地船舶结构强度评估研究[D]. 齐奎利.上海交通大学 2013
本文编号：3368862
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(17)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
平台板块有限元模型Fig.1Finiteelementmodelofhelideckplate
社规范中结构设计经验公式理论原理基本一致，都提供了明确的载荷、载况和应力衡准，计算结果通常作为有限元建模的初始输入，均能够满足平台设计基本要求。然而由于理念和侧重点的不同，导致各规范的经验公式及其计算结果存在一定差异，其中CAP437的工况载荷要求最为严格，但因设计强度余量较大而不利于简化结构和减轻重量，ABS和CCS规范的设计工况和载荷及衡准相近。相比其他规范利用有限元法分析，GJB534B对结构件的校核采用经典力学计算方法，外载荷简化为集中力，使用限制较多。近年来入级中国船级社的海船和海工直升机平台采用CCS规范的较多，刘文斌等[5–9]使用CCS规范进行了工程实例分析计算，但针对的都是整体骨架式起降平台。本文研究的起降平台结构设计与前述整体骨架式起降平台存在较大不同。由于该起降平台加装对象主要为中国籍集装箱船，入级中国船级社，且平台平铺在甲板（舱盖）上，可视作主船体甲板连续平台，因此以CCS《钢制海船入级规范》（以下简称CCS钢船规范）为主要设计分析参考依据，并结合个别工况的塑性分析进行强度评估。1平台板块强度分析1.1材料主要参数起降平台材料选用DH36船用钢，屈服应力σS取355N/mm2，弹性模量E取2.1×105MPa，泊松比μ取0.3，密度ρ取7850kg/m3。1.2应力衡准根据CCS钢船规范，各工况下直升机起降平台板块的板、骨架、主要支撑构件的许用应力如表1所示。表1各工况许用应力Tab.1Allowablestressofeachworkingcondition工况板许用应力/MPa骨架许用应力/MPa主要支撑构件许用应力/MPa板及主要支撑构件许用剪切应力/MPa均布载荷0.6σS（213）0.6σS（213）0.6σS（213）0.6σS/√3（123）着陆冲击σS（355）σS（355）0.9σS（319.5）0.9σ
的范围施加上述均布载荷。②板块结构自重。③雪、冰或其他环境载荷，按0.5kN/m2的均布载荷计算。3）直升机系留工况系留工况为下列载荷的联合作用：①承受最大起飞重量的机轮载荷，其机轮承载面积可按直升机着陆冲击工况中的假定；②板块结构自重；③雪、冰或其他环境载荷，按0.5kN/m2的均布载荷计算；④直升机和平台结构由于船舶运动而产生的惯性力，水平惯性力和垂直惯性力分别取直升机和板块结构自重的0.5倍。2计算结果分析在直升机着陆冲击工况和系留工况中，对图3所标示的P1A，P1B，P1C等3种典型轮印位置加以分析，得到受力分析数据。板块各工况下变形及应力情况如表2所示。图3着陆冲击及系留工况轮印位置分布Fig.3Locationdistributionofwheelprintsunderlandingimpactandtetheringconditions表2板块变形及应力汇总Tab.2Summaryofplatedeformationandstress工况最大变形/m最大合成应力/Pa梁单元最大弯曲应力/Pa最大剪切应力Pa均布载荷0.004134.099.480.3着陆冲击P1A0.005213.074.869.4着陆冲击P1B0.005265.079.073.4着陆冲击P1C0.003142.067.268.4系留P1A0.005213.081.069.6系留P1B0.005265.081.674.8系留P1C0.004143.074.069.0表2所示各工况下板块的合成应力、剪切应力、梁单元弯曲应力状态与表1进行比对，均满足规范要求。此外，从样本的多样性、典型性考虑出发，在表2中选取均布载荷、着陆冲击工况的轮印位置P1A、系留工况的轮印位置P1B进行附图分析。2.1均布载荷工况板块均布载荷工况的位移云图及应力云图如图4所示。图4均布载荷工况板块的位移及应力云图Fig.4Displacementandstressnephogramofplateunderuniformloadcondition板块均布载荷工况时，最大形变量为3.846mm，最大合成应力
【参考文献】：
期刊论文
[1]直升机平台结构设计规范比较[J]. 詹蓉,雷雨雨,甘露. 中国海洋平台. 2019(04)
[2]SEU直升机平台结构规范研究与强度校核[J]. 陈佳欣,陈裴,符家恒. 船舶设计通讯. 2017(01)
[3]海工船直升机平台结构样式的强度分析研究[J]. 刘文斌. 江苏船舶. 2017(02)
[4]铝合金直升机平台结构强度分析方法研究[J]. 赵炳雄,严谨. 中国水运(下半月). 2017(01)
[5]海洋工程船舶直升机甲板模块设计计算[J]. 李清斌. 石油矿场机械. 2014(09)
[6]自升式钻井平台直升机平台强度分析与优化设计[J]. 唐文献,朱文,张建,王奎. 船舶工程. 2013(06)
[7]海洋平台直升机甲板结构设计[J]. 刘永胜,龚景景. 船舶工程. 2013(S2)
硕士论文
[1]极地船冰载荷与抗冰结构设计研究[D]. 乔路.哈尔滨工程大学 2017
[2]自升式钻井平台的直升机平台及其支撑结构强度研究[D]. 王强强.江苏科技大学 2017
[3]冰区航行船舶在冰载荷作用下的局部结构强度分析研究[D]. 孙鸣远.哈尔滨工程大学 2015
[4]冰载下极地船舶结构强度评估研究[D]. 齐奎利.上海交通大学 2013
本文编号：3368862
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