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艙口蓋是船舶主要結(jié)構(gòu)設(shè)備之一，多用途船艙口蓋的主要作用是承受風雨載荷以保證船舶貨艙的風雨密狀態(tài)，作為載貨平臺用來載運各種甲板貨物，如集裝箱、木材等。隨著船舶的大型化和艙口蓋功能的多樣化，艙口蓋的屈服和屈曲強度問題正越來越受到設(shè)計方和建造方的關(guān)注，因此要在滿足規(guī)范強度要求下尋求較合理的結(jié)構(gòu)加強和改進方案。本研究對某載重為54500DWT多用途船的艙口蓋建立模型進行有限元分析，全船設(shè)四個貨艙，艙口蓋的形式為鋼質(zhì)風雨密液壓折疊式艙蓋，平頂開式結(jié)構(gòu)，貨艙艙口蓋頂板、強橫梁和縱析均采用AH36高強度鋼，其他構(gòu)件采用船用A級鋼，按規(guī)范確定作用于艙口蓋上的載荷，重點關(guān)注船舶在迎浪和橫浪狀態(tài)下由于集裝箱的慣性力而施加于艙口蓋上的那部分載荷，并根據(jù)應力計算結(jié)果對原結(jié)構(gòu)進行加強與改進。
該船共有四個艙口蓋，由于第四貨艙艙口蓋和第三貨艙艙口蓋結(jié)構(gòu)相同，因此僅分別對第一貨艙、第二貨艙和第三貨艙的艙口蓋進行加載分析。對于頂板和其他構(gòu)件按規(guī)范扣除腐蝕增量為2mm，第一貨艙艙口蓋有限元模型的正面和反面如圖所示。根據(jù)縱向及橫向限位器的特性，縱向限制其縱向及垂向的位移，橫向限制其橫向的位移，支撐塊限制其垂向位移，表為模型施加的邊界條件。
根據(jù)艙口蓋受力情況，考慮到均布的風雨載荷及慣性載荷，按表所示的五種工況進行校核。集裝箱慣性載荷計算時考慮兩種狀態(tài)，分別為迎浪狀態(tài)b(正的升沉運動)和橫浪狀態(tài)和d(負的橫搖角)。當艙口蓋不承載貨物時，僅需考慮風雨載荷作用的影響，并將此載荷以均布壓力形式作用于艙口蓋頂板上。由于該船船長超過100m，根據(jù)蓋板所處位置，按表所示公式計算風雨載荷。
風雨密艙口蓋的許用正應力和許用剪應力由鋼材的屈服應力和艙口蓋的安全因子所決定的，如表h所示。有限元計算結(jié)果表明，在原設(shè)計情況下三塊艙口蓋頂板的最大正應力均未能滿足小于許用應力的要求，故需對頂板厚度加強，由原來的10mm增厚到12mm，第一艙口蓋頂板的部分厚度還需加厚到14mm。
對于多用途船來說不僅要承受風雨載荷作用還要承載一定貨物如集裝箱等，因此有必要對艙口蓋板及其支撐構(gòu)件做屈曲強度校核。鑒于手工計算屈曲強度較為繁瑣，參照艙段中屈曲計算方法，利用中國船級社開發(fā)的CCS tools工具中的屈曲模塊對該艙口蓋的蓋板、橫梁腹板以及縱析腹板的屈曲因子進行了計算，計算中扣除了相應腐蝕余量，結(jié)果表明，所有構(gòu)件的屈曲強度均滿足規(guī)范的要求，其中第一艙口蓋的屈曲因子如圖所示。
1)艙口蓋頂板以及橫梁腹板和縱析腹板的最大正應力均出現(xiàn)于第一種工況，這表明考慮風雨載荷對強度的影響比較大。2)計算中考慮了集裝箱慣性載荷，更加準確地模擬了船舶實際航行中艙口蓋的受力情況，計算結(jié)果表明慣性載荷對艙口頂板的強度影響較大。3)頂板下加強筋結(jié)構(gòu)應力較大，但仍在許用范圍內(nèi)，這與后來對頂板結(jié)構(gòu)進行加強有關(guān)，同時計算中扣除了腐蝕余量2mm，計算結(jié)果是偏于安全的。4)在結(jié)構(gòu)加強基礎(chǔ)上對艙口蓋作屈曲評估，屈曲因子大于1，滿足規(guī)范要求。
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