目前狀況下，汽車海上運輸采用的基本方法是將汽車四個輪胎或輪轂捆綁在集裝箱內(nèi)，或者將汽車四個輪胎或輪轂捆綁在大型的專用鐵架上，然后利用鉚、螺釘、鋼釘或者鋼索織帶將鐵架固定在集裝箱內(nèi)，整體發(fā)運。這種方法非常落后，存在大量的缺點，首先，為了運輸特定的車型，需要制造特定的鐵架，這不僅浪費了鋼材還為不同類型的鐵架管理帶來了麻煩。

 

其次，將車輛約束到鐵架上，再將鐵架約束到集裝箱內(nèi)，最后將集裝箱約束到輪船甲板上，多次的捆綁工作會浪費很多時間和人力，提高了運輸成本。另外，這種運輸方式的安全性值得懷疑。如果約束不當，會導致車身變形，外表損傷。所以，大規(guī)模的汽車出口，必須采用滾裝運輸。具體操作方法是：將汽車直接開到甲板之上，按照事先規(guī)劃好的方案調(diào)整好位置和間距，利用專業(yè)的船運拖鉤，用織帶將汽車固定到甲板上。

 

工程概況

滾裝運輸?shù)姆桨副容^多，如圖1所示，本范例采用下圖所示的第3種運輸方式，即前邊使用兩個固定點，分別布置在前縱梁最前端；后邊使用一個固定點，布置在右后縱梁末端。

 

 

圖1 滾裝運輸?shù)姆绞?/span>

 

汽車在海上滾裝運輸時，受到的主要外力是由甲板前后左右搖晃產(chǎn)生的慣性力以及汽車自身的重力；輪胎和甲板之間的摩擦力以及各個繩索的拉力組成。

 

其中慣性力的大小跟船的類型，大小，航速，以及被滾裝汽車所處的位置，比如汽車所在的甲板層數(shù)，或者是在船頭船尾，或者是在船中心或船舷處有關。

 

重力始終保持不變，當甲板傾斜時，重力的分力使汽車產(chǎn)生滑動趨勢。

 

摩擦力跟汽車的重力，甲板的傾斜角度，摩擦系數(shù)以及繩索的拉力有關。 （因為繩索是按一定角度布置的，所以繩上的拉力會產(chǎn)生向下的分力，使汽車緊壓在地面，增加了摩擦力，如圖2） 繩索的拉力用來平衡其他力，跟布置角度α和β有很大關系。

 

 

圖2

 

綜上所述，汽車滾裝運輸時，船運拖鉤受力復雜，并且根據(jù)不同的參數(shù)，受力會有所不同。為了確保拖鉤可靠使用，需要采用極端情況，即橫向慣性加速度和縱向慣性加速度都取極限值。另外，設定α角為30°，β角為45 °，摩擦系數(shù)為0.3（鋼鐵和橡膠），按照向左搖晃，向右搖晃，向前搖晃，向后搖晃四個工況分析。如圖3

 

 

向右搖晃 向左搖晃 向前搖晃 向后搖晃

繩索135繃緊 繩索246繃緊 繩索12繃緊 繩索3456繃緊

圖3 四種分析工況

 

以“向右搖晃工況”為例，在已知甲板傾斜角度的情況嚇，繃緊的繩上的張力可以手工計算得出，但是比較煩瑣，本范例中，首先利用一個 abaqus 簡單模型，可大致求得 135 繩上的張力。然后在整車有限元模型中按照 α 角，β 角確定的方向在船運拖鉤上加載即可。

 

有限元模型介紹及分析結果

計算繩上張力的簡單模型

以“向右搖晃工況”為例，先根據(jù)空載情況下的質(zhì)心和質(zhì)心坐標，建立Mass點，然后用Beam單元連接質(zhì)心和船運拖鉤孔中心，其次，按照α角，β角建立3段T3D2單元，用來模擬繩索135。同時按照圖4約束邊界。計算時，在質(zhì)心施加橫向最大慣性加速度，即可求得繩索135上的張力。

 

 

 

以上簡單模型未考慮甲板傾斜角度和摩擦力，而甲板傾斜角度和摩擦力對繩子張力大小的影響是相反的，所以在一定程度上可以相互抵消，經(jīng)過手工計算和簡單模型計算結果對比，二者的計算數(shù)值相當接近，所以該簡單模型完全可以運用到工程實踐中。

 

包含船運拖鉤的整車模型

前部船運拖鉤左右對稱，為鈑金件，直接要用殼單元劃分，如圖6；后部拖鉤截面較厚，用實體單元劃分，如圖7。

 

拖鉤附近進行局部細化，并且要設置接觸對。計算時，約束四個減震器安裝點1－6自由度。

 

 

圖6

 

圖7

 

分析結果

 

圖8 圖9 圖10

 

從圖8，圖9分析結果看，前端兩個船運拖鉤雖然有一定屈服，但可以滿足功能要求。

 

而后部船運拖鉤，因為只有右側一個，所以受力比較大，導致拖鉤本身和拖鉤安裝點都發(fā)生了大面積的屈服，無法滿足要求，如圖10。

 

優(yōu)化改進

鑒于分析中出現(xiàn)的問題，可以增加后船運拖鉤以及后船運拖鉤安裝點的強度和剛度，或者采用左右對稱的兩個船運拖鉤。除此之外，可以利用汽車的普通后拖鉤分擔一部分外力，減輕船運拖鉤的負擔。

 

結語

利用abaqus非線性分析軟件建立的簡單模型具有非常好的工程使用價值，可以快速的求解出繩上的張力，繼而校核出船運拖鉤的強度是否達到要求，為制定運輸方案或者設計船運拖鉤提供指導。

 

資料來源：達索官方