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| 有限元分析 |
滚装船又称“开上开下”船，是利用运货车辆或牵引车牵引来载运货物的专用运输船舶。集装箱船是专门运输货柜的运输船舶。而集装箱滚装船，简称“集滚船”，兼具滚装船与集装箱船的运输功能，具有装货灵活的特点。对于大型集装箱船（大于10000TEU）与滚装（大于8000车），现有的设计较多，但大型集滚船的设计经验十分有限。图1所示为沪东中华设计建造的第四代集装箱滚装船总体布置和两个过渡区域关于结构型式的示意图（船长方向部分缩略），该船的艏部和艉部为集装箱货舱区域，舯部为滚装货舱区域，其总体布置以及结构型式较为复杂，对艏舯艉三个货舱相互之间过渡区域的结构设计和强度分析提出了较高的要求。
该船在结构设计过程中存在着两大难点：
（1）由于布置形式复杂，纵向构件总纵弯矩应力的传递状态以及参与总纵弯曲的程度难以按照常规规范计算方法确定，总强度校核需由有限元直接计算确定。总纵弯矩由静水弯矩和波浪弯矩组成。静水弯矩分布选用装载手册中的包络许用值分布，但它并不对应于真实的装载工况。对于全船的波浪弯矩的规范要求分布，也难以用常规波浪载荷施加方法模拟。因此，如何确定全船有限元分析总强度校核的加载方法，达到全船总纵弯矩的设计目标分布。这是结构设计的难点之一。
（2）根据船东方的反馈，在上一代母型集滚船的使用过程中，在船舯滚装货舱与集装箱货舱的前后过渡区域易产生结构裂纹，经常返修带来经济损失。这是由于前后过渡区域的局部结构面临着难以避免的应力集中问题，而这两个应力集中的位置处于船舯部的弯矩较大区域，还承受着斜浪和横浪等复杂海况下的弯扭组合载荷。必须开展相关全船有限元强度分析。这是结构设计的难点之二。
针对以上两个设计难点，开展全船有限元总强度校核和全船有限元强度分析。其中，对全船有限元总强度开展校核是对常规规范校核方法的补充，也是对全船有限元强度分析的初步预判，而全船有限元强度分析是对整船结构设计的校核和最后确认。
在有限元总强度校核方面，陈庆强等用整船三维有限元分析方法，通过整船加载和惯性平衡处理，完成了总纵弯曲加载并对上层建筑参与总纵的有效度进行研究。王峰等基于NAPA软件计算得到的平衡状态，完成对整船静水载荷的加载，以研究长的上层建筑等纵向构件参与总纵强度的有效性。上述方法在实船设计中会带来一些新的问题：（1）文献中的方法理论上是可行的，但由于在实船研发设计中用于校核的总纵弯矩包络值为一虚拟值，这意味着没有真实的实船工况可以作为计算工况。即便是有较为接近静水弯矩包络值的装载工况，采用文献的方法时波浪弯矩成分也无法保证达到全船的规范要求分布，作为全船有限元总强度的校核手段不具备实际操作性；（2）文献中的方法能够满足上层建筑的有效性研究，但平衡状态的加载没有且无法考虑波浪弯矩载荷成分，在实船设计中不能满足相关船级社的审图要求。
对于全船有限元强度结构分析技术，顾永宁等基于波浪随机载荷的长期预报，采用嵌入精细舱口角隅的方法，对一艘5万吨级大开口船某舱口角的应力集中进行了研究。张延昌等采用DNV船级社SESAM系列软件完成了一艘大型滚装船的弯扭强度整船结构分析。罗秋明等对一艘超大型矿砂船完成了全船有限元强度分析全过程。本文采用的全船强度分析的基本原理和方法，与文献较为类似，重点是对美国船级社相关指南的工程应用经验作介绍和剖析。
