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某型船的補給裝置主要為其他船舶提供燃油、淡水、食品和彈藥等物資的補給，補給方式多樣，有縱向補給、橫向補給和停泊補給等。在不同的海況的作業(yè)情況下，補給裝置所引起的載荷各不相同。在放置狀態(tài)時，船舶運動會使補給裝置產(chǎn)生很大的慣性力。在作業(yè)狀態(tài)時，補給裝置不僅受到慣性載荷作用，而且受到作業(yè)載荷的作用，再加上裝置本身的靜載荷，這些載荷都可能造成補給裝置基座及基座下部船體加強結(jié)構(gòu)處的高應(yīng)力，甚至可能會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，使補給船無法正常作業(yè)，喪失補給能力，造成補給任務(wù)失敗，進而影響到整個編隊任務(wù)的進展。因此，必須對補給裝置基座及加強結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)和航行放置狀態(tài)進行有限元分析，并依據(jù)計算結(jié)果優(yōu)化基座及加強結(jié)構(gòu)，以保證基座及加強結(jié)構(gòu)有足夠的強度，確保補給裝置正常作業(yè)。
補給門架采用跨越船中線面的兩立柱式門架�？紤]到力的傳遞，門架立柱至少應(yīng)有兩層甲板作為支點，并與主船體主要結(jié)構(gòu)有效連接，連接處的船體結(jié)構(gòu)應(yīng)加強。因此結(jié)合本船船體結(jié)構(gòu)設(shè)計，立柱穿過甲板坐在甲板上，縱向設(shè)置內(nèi)壁，并與甲板縱析對齊；橫向一端側(cè)壁盡量與主橫隔壁對齊，中間設(shè)置數(shù)道強橫梁與立柱連接。與立柱相連的縱壁適當(dāng)加強，穿過處甲板和支撐甲板采用局部加厚嵌補板，甲板強橫梁端部采用放大肘板與立柱橫向圍壁對接。與單個門架有明顯相互作用的甲板是很小的局部區(qū)域。把一定甲板區(qū)域劃分到強支撐構(gòu)件上就己足夠，但考慮到局部強度還要與總強度相疊加，而總強度是要把彎矩施加到縱跨幾個艙室的艙段上，因此計算模型需要以總強度的合理施加為劃分依據(jù)。本研究計算使用如圖所示有限元模型。由于計算模型大小是按照總強度載荷要求確定的，相對于門架作用區(qū)域已足夠大，只要模型邊界條件無剛性位移，對門架作用區(qū)域影響都不大，因此模型邊界條件可直接采用總體載荷工況所需的邊界條件，并參考中國船級社CCS《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》中的附錄《雙殼油船結(jié)構(gòu)強度直接計算》中的規(guī)定。
本研究考慮到門架受力同起重設(shè)備有相似之處，故綜合CCS《船舶與海上設(shè)施起重設(shè)備規(guī)范》和GJB4000-2000中的相關(guān)規(guī)定，對門架基座及加強結(jié)構(gòu)進行計算分析。補給門架承受的外力如下：(1)補給裝置額定工作負(fù)荷，包括高架索張力和牽索拉力；(2)高架索剪切銷破斷力；(3)附加在補給門架上其他起重設(shè)備工作時的額定負(fù)荷；(4)船在風(fēng)浪中運動引起門架及其附屬設(shè)備的慣性力。本研究中計算海況為5級，最大橫搖角不大于50°。另外，CCS規(guī)范規(guī)定起重設(shè)備還受到風(fēng)載荷的影響，因此認(rèn)為門架也應(yīng)該受到風(fēng)載荷的作用，且風(fēng)載荷計算公式也參考CCS規(guī)范進行。風(fēng)壓q=0.613V2Pa，(1)式中：V為風(fēng)速；在9級海況下的遭遇風(fēng)速為52m/s。將總縱彎矩施加在MPC獨立點上，模型的慣性力以初始加速度的形式給出，牽索力直接以集中力的形式施加在門架相應(yīng)的牽索作用處，如圖所示。
關(guān)于風(fēng)載荷，將風(fēng)壓按照與船舶運動最危險的疊加方向施加在門架受風(fēng)一側(cè)，如左側(cè)橫搖運動，風(fēng)向向左(加大左側(cè)橫搖)，加載在門架所有能受到風(fēng)吹的表面。在選擇補給裝置的計算工況時，除了考慮正常工作狀態(tài)和危險工作狀態(tài)兩種情況以外還需考慮兩側(cè)是否同時工作，以及工作時主滑輪處于不同的高度位置和索道在工作時不同的位錯角等工況。慣性力計算分三種情況：(y橫搖運動：靜橫搖載荷+動橫搖載荷+動垂蕩載荷(橫搖角甲時)；(2)縱搖運動：靜縱搖載荷+動縱搖載荷+動垂蕩載荷(縱搖角必時)；(3)組合運動：靜合成力+0.8動縱搖+動橫搖)。組合工況后，發(fā)現(xiàn)3個慣性力工況，與牽索力工況組合后將產(chǎn)生1000多個載荷工況。對每個工況都進行計算顯然不現(xiàn)實，這就需要分析門架受力特點并挑選出最危險的工況進行計算。另外，必須考慮CCS規(guī)范中的補給裝置極限擱置工況。經(jīng)過有限元分析，門架基座及加強結(jié)構(gòu)的應(yīng)力最大，本研究僅選取9級極限海況下的局部強度分析以及總縱彎矩與部強度合成的強度分析。
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