上海江南长兴造船有限责任公司上海市201913
摘要：本文针对影响集装箱船扭转强度的因素进行剖析，通过研究加强扭转强度的方法、效果计算方法和加强效果，目的在于提升集装箱船扭转强度，推动行业经济的快速发展。
关键字：集装箱船；扭转强度；应力状态
引言：经济全球化时代的来临，为集装箱运输提供了良好的发展环境。据最新数据显示，单次运载19000个标准集装箱的集装箱船已经正式投入使用。与此同时，运载力的提高，对集装箱船结构稳定性提出了更高的要求。通过加强集装箱船扭转强度，对提升集装箱船运行可靠性有着重要意义。
1影响集装箱船扭转强度的因素
1.1船体梁载荷
集装箱船在运行过程中，不仅受到自身重力和水体浮力产生的扭矩作用，而且还受到海浪和货物装卸过程中的扭矩作用[1]。可见，集装箱船的梁载荷主要由自身重力与水体浮力分布不均衡产生的扭矩力、船体运行过程中水平方向受力不均产生的扭矩力、海浪冲击形成的不均衡扭矩力和货物装卸不平衡产生的扭矩力组成。每一项扭矩力都会给船体带来不同的影响，尤其是海浪冲击产生的扭矩力，此类扭矩力属于不可控因素，若不能对船体梁载荷进行合理控制，势必会影响集装箱船运行稳定性，造成严重的负面影响。
1.2应力状态
集装箱船在受到外部荷载力时，船体内部结构会产生正应力抵消船体梁载荷。正应力根据来源可以分为海浪冲击导致的垂直应力、水平状态下海浪弯矩产生的水平应力、静水状态下产生的垂直应力、静水状态下货物产生的垂直应力和海浪引起的翘曲应力。部分应力在同一环境中会产生叠加效应，叠加值越大对船体造成的影响越大，在达到扭转强度临界值后，船体会在应力影响下从薄弱位置发生断裂，进而引发安全事故。
2集装箱船扭转强度的加强方式
2.1加强方案介绍
根据以上分析，可以看出集装箱船扭转强度受船体梁载荷和对应力的影响较大[2]。针对此类情况，可以从提高船体梁载荷和应力入手提出强化方案，进而提升集装箱船的扭转强度。具体强化方案可以分为以下几种：第一种，在原有船体平台基础上，追加平台数量。传统集装箱船由若干作业平台组成，各平台之间处于相互独立的工作状态。通过追加平台数量，能够将船体受力进行分流，使结构整体应力下降，提高船体结构的稳定性。具体操作方法是在平台与甲板6m以内，距离居间2.5m的位置处添加平台，完成变更后，对变更后船体扭转强度波动范围进行计算。第二种，适当增加船体纵舱壁的厚度。船体纵舱壁是抵御海浪应力的主要设施，纵舱壁稳定性越强，可以抵消的应力数值越大。对此可以适当增加的纵舱壁厚度，以提高船体的海浪抵御能力。具体操作是在纵舱壁中，筛选载荷最高的纵壁进行厚度增加，完成变更后，对变更后船体扭转强度波动范围进行计算。第三种，调整集装箱舱口的宽度。正常情况下，所有集装箱船舱口的宽度与集装箱宽度和导轨宽度影响，在确定两者宽度后，对船体形状、船体分布、舱口宽度进行设计。在已成型的船体中很难更改舱口宽度，可以在未完成船体中适当增加舱口宽度，完成变更后，对变更后船体扭转强度波动范围进行计算。第四种，调整集装箱船舱口周边的围板厚度。因为船体的纵向结构是主要的应力承担结构，所以可以通过调整舱口围板厚度，来分流正应力，提升船体的扭转强度。在完成变更后，对变更后船体扭转强度波动范围进行计算。
2.2效果计算方法
为了校验方案的可行性，准确获取以上四种调整方案扭转强度的变化情况，检测人员可以借助MSC.PATRAN对集装箱船体进行区域划分，确定区域的关联边界。将所有划分数据进行上载，将数据输送到MSC.NASTRAN进行数据计算。该方法的具体操作步骤如下：首先，选取恰当的模型制作材料，一般情况下，可以选择密度为7.85kg/m3、材料弹性指数在20600MPa、泊松比在0.3的材料作为船体模型的制作材料。需要注意的是，在建模过程中，需要对集装箱船结构进行等比例缩放，所有建模的边界条件需要控制在无限趋近于0的状态。其次，在进行数据建模时，可以将支点趋近于0的位置作为起始支点，以该节点为基础增加x、y、z三个位移向量，该位移向量将作为不同区域的边界条件。借助同比例换算，在模型上施加等同量载荷，根据数据变化情况计算船体扭转强度。可以将扭矩转变方向数据进行求导，使其成转换为船体的方向力分布，将该数值与船宽进行比值求解，得到此时的反应力数值。最后，将数据值进行比对，获得所有方案的扭转强度变化值。需要注意的是，在计算过程中需要考虑海浪扭矩、船体不均匀装载产生的货物扭矩变化，将此类情况考虑在计算范围内，进而提升计算结果的准确性。另外，检测人员在计算翘曲应力时，需要重点考虑甲板开口边缘处、舱口等主要受力位置的翘曲应力，借此提高数据采集的科学性。
2.3加强效果分析
为了提高计算结果的科学性，在实际操作过程中，可以计算不同方案在30吨钢材载荷下所产生的翘曲应力。具体计算结果如下：第一种方案在完成平台数量调整后，整体结构的翘曲应力下降1.3%；第二种方案在调整纵舱壁厚度后，整体结构翘曲应力下降了2.3%；第三种方案在调整舱口宽度后，整体结构翘曲应力下降了3.9%；第四种方案在调整舱口围板厚度后，整体结构的翘曲应力下降了5.7%。根据以上计算结果可以看出，四种改进方案都可以降低船体降低翘曲应力，提高船体的扭转强度，但其中翘曲应力下降最多的方案是第四种方案，即调整舱口围板厚度，使船体集中面积增加，使其可以借助船体惯性抵消部分外部应力，进而提高集装箱船扭曲强度。
结论：综上所述，集装箱船是进行海上货物运输的重要运输方式。随着单次运载力的提升，如何增加船体扭转强度成为技术人员需要重点考量的问题。通过研究四种解决方案的可行性和应用效果，对提高集装箱船运行可靠性有着重要意义。
参考文献：
[1]崔科科.集装箱船扭转强度和加强方式研究[J].船舶工程,2018,39(08):18-20+34.
[2]梁观坡.集装箱船扭转强度分析[J].内燃机与配件,2018(13):15-16.