76 000 DWT散貨船浮箱載船下水研究*

陳軼鋒 翟高進 郭 林

(泰州口岸船舶有限公司 泰州 225321)

76 000 DWT散貨船浮箱載船下水研究*

陳軼鋒 翟高進 郭 林

(泰州口岸船舶有限公司 泰州 225321)

船舶;浮箱;支墩;浮箱載船下水;總縱強度;穩性;支墩剛度

浮箱載船下水是船舶下水方式之一,浮箱載船下水過程中,浮箱的安全是保證船舶安全下水的關鍵因素,因此,對浮箱安全的評估顯得特別重要。對76 000 DWT散貨船浮箱載船下水和支墩剛度的計算進行了較詳細的研究,計算結果顯示下水過程中的浮箱的總縱強度和穩性滿足許可要求,此船浮箱載船下水工藝可以指導其他船舶浮箱載船下水。

翟高進(1984.06-),男,漢族,江蘇人,碩士,主要從事船舶制造工藝的研究。

郭 林(1982.11-),男,漢族,江蘇人,助理工程師,主要從事船舶制造工藝的研究。

0 引 言

船舶下水是船舶建造過程中最為重要的工序之一,浮箱載船下水是適應平地造船發展起來的一種新的下水方式,其在韓國得到廣泛的應用,在中國尚處于起步階段。

浮箱用作運載船舶下水的設備,在整個下水過程中,浮箱的安全是下水方案成功與否最為關鍵的因素。浮箱為扁長的箱型結構,容易因運載大噸位船舶引起浮箱總縱強度和穩性等方面的問題,危及下水船舶的安全,所以要對浮箱載船下水過程中浮箱的總縱強度和穩性進行分析研究。本文對76 000 DWT散貨船浮箱載船下水過程中的浮箱的總縱強度和穩性進行了系統的研究。

1 浮箱載船下水基本原理

1.1 浮箱載船下水

浮箱載船下水整個過程可分為以下三個主要步驟[1,2]:

(1)用船臺小車把被下水船舶移到上塢階浮箱上,然后落墩、撤掉全部小車;

(2)向塢內注水使載船浮箱起浮,調整浮箱浮態,然后橫移到下塢階上方排出塢水,使載船浮箱擱于下塢階上;

(3)打開浮箱通海閥,向塢內注水至水位與水平面持平,船舶起浮并脫離浮箱,完成整個下水過程。

1.2 力學模型

基于薄壁梁彎矩理論[3]并結合實際下水工藝,根據浮箱載船下水系統之間的相互支承、受力等特點,并考慮研究對象為浮箱的總縱強度,把浮箱載船下水模型簡化為彈性基礎耦合梁力學模型[1,4]。如圖1所示,下水船舶簡化為一維變截面梁,剛度為EI(x),船舶的邊界條件為兩端自由,船舶自身重量分布為P1(x);浮箱簡化一維等截面梁,剛度為EI2,水對浮箱的作用等效為彈性基礎。根據濕剖面等效剛度理論,彈性基礎的剛度為K2=ρgB,其中ρ為水的密度、g為重力加速度、B為浮箱型寬、浮箱自身重量分布為P2(x);下水船舶與浮箱之間的相互作用靠支墩來傳遞,支墩用單向受壓的彈簧來模擬,剛度為K1,每個支墩的自身重量為P3。

圖1 彈性基礎耦合梁力學模型

2 支墩等效剛度和組合剛度的計算

2.1 支墩等效剛度

支墩布置于下水船舶和浮箱之間,下水船舶與浮箱之間力的相互作用依靠支墩來傳遞,因此支墩等效剛度計算的準確性對浮箱總縱強度的計算有直接的影響。支墩相對浮箱結構的位置并不固定,支墩等效剛度計算需要考慮浮箱局部結構的影響,因此要分別計算支墩布置于浮箱肋位上、浮箱肋位間、浮箱橫向強框架上和橫向非強框架上的支墩等效剛度。

傳統的支墩等效剛度的計算只是根據支墩的尺寸進行理論公式計算[5]。由于支墩結構比較復雜,又沒有考慮浮箱局部結構對支墩等效剛度計算的影響,這樣的計算方法不能反映實際的情況,需要對支墩等效剛度的計算方法進行改進。通過有限元軟件計算支墩和浮箱局部結構載荷位移曲線,從而得到支墩和浮箱局部的剛度,再把支墩剛度和浮箱局部剛度串聯起來,得到支墩的等效剛度。

下面舉例說明一支墩布置于某肋位上的支墩等效剛度的計算?？蓱糜邢拊浖嬎阒Ф蘸透∠渚植拷Y構的載荷位移曲線,從而得到相應的剛度。在計算支墩剛度時,在有限元模型中,支墩底部剛性固定,載荷通過MPC施加在支墩頂板上,計算得到其載荷位移曲線,從而得到支墩的剛度,見圖2;在計算浮箱局部剛度時,在有限元模型中,浮箱外底板剛性固定,在浮箱上甲板相應位置取支墩底部大小面積區域,在其面積區域上通過MPC施加載荷,計算得到其載荷位移曲線,從而得到浮箱局部的剛度,見圖3。

圖2 支墩剛度計算有限元模型

圖3 浮箱局部剛度計算有限元模型

圖4和圖5為支墩和浮箱局部載荷位移曲線,根據載荷位移曲線,支墩剛度為K3=5.376×1010N/m,浮箱局部剛度為K4=1.684×109N/m。支墩等效剛度為支墩剛度和浮箱局部剛度串聯而成,支墩等效剛度為:

計算結果顯示浮箱局部剛度對支墩等效剛度的計算影響較大,支墩等效剛度由支墩剛度和浮箱局部剛度中值較小的決定。

圖4 支墩載荷位移曲線

圖5 浮箱局部載荷位移曲線

2.2 支墩組合剛度

在浮箱載船下水力學模型中把浮箱某一位置處橫向方向的所有支墩等效為一個支墩,首先計算浮箱該位置處橫向方向每個支墩的等效剛度,然后將這一位置處所有支墩的等效剛度并聯起來得到支墩組合剛度,即可得到浮箱載船下水力學模型中該位置處支墩的組合剛度。圖6為某一肋位處的支墩布置圖,經并聯計算得到力學模型中該肋位處的支墩組合剛度為K合=2.342×109N/m。

3 浮箱載船下水計算流程

本文基于矩陣位移法[3],根據圖1力學模型,編制了相應的計算程序計算浮箱載船下水[6]。計算完成后,浮箱的穩性和總縱強度應滿足許可要求,同時支墩的接觸狀態應為受壓或者脫離。在穩性和總縱強度不滿足的情況下都可以通過改變支墩布置或浮箱配載重新計算。

圖6 某肋位處支墩布置圖

在計算過程中,使用增量迭代法對整個計算過程進行控制,計算流程圖如圖7所示:

圖7 計算流程圖

4 實例計算

下面以76 000 DWT散貨船進行浮箱載船下水計算。船長L1為225 m,型寬B1為32 m,總重量M1為11 920.3 t;浮箱為扁長形箱形結構,長度L2為210m,型寬B2為30 m,總重量M2為4 300 t,浮箱重量在長度方向近似均勻分布;船舶肋位F128+630 mm與浮箱重心對齊,此時船舶重心和浮箱重心在縱向方向不對齊,為了保證浮箱載船下水的安全,要求下水船舶重心位置與浮箱重心位置在縱向對齊,因此通過對浮箱進行配載,改變浮箱的重心,使下水船舶重心位置與浮箱重心位置在縱向對齊。經計算配載方案如下:浮箱尾部壓載艙A23配載648.7 t壓載水,此艙位于浮箱中部對浮箱橫傾沒有影響。浮箱各配載艙如表1所示:

表1 浮箱各配載艙分布

程序計算76 000 DWT散貨船浮箱載船下水計算結果如表2和圖8所示。

表2 計算結果

支墩力分布如圖8所示:

從表2可以看出,浮箱載船下水時,浮箱的彎矩、剪力、支墩力、舉力、吃水、變形、橫傾角和縱傾角都滿足許可要求,可以實現76 000 DWT散貨船安全下水。實船下水結果顯示,此下水方案是可靠、可行的。

圖8 支墩力分布圖

5 結 語

本文對76 000 DWT散貨船浮箱載船下水進行了研究,計算結果顯示浮箱的穩性和總縱強度都滿足許可要求,可以實現76 000 DWT散貨船安全下水。主要結論如下:

(1)本文計算方法及編制的計算程序,可以快速準確地預報76 000DWT散貨船浮箱載船下水過程中浮箱的彎矩、剪力、支墩力、舉力、吃水、變形、橫傾角和縱傾角。此浮箱載船下水工藝可以指導其他各類船舶進行浮箱載船下水;

(2)在計算支墩等效剛度中,考慮了浮箱局部剛度對支墩等效剛度計算的影響,計算結果顯示浮箱局部剛度對支墩等效剛度計算的影響較大;

(3)為了保證浮箱載船下水的安全,應通過對浮箱的配載確保下水船舶重心位置與浮箱重心位置在縱向對齊,以避免增加不必要的縱傾;在對浮箱進行配載時,浮箱應該進行左右舷對稱配載,以避免增加不必要的橫傾,以提高浮箱載船下水安全性。

[1] 孫曉凌,張世聯.浮箱載船下水總縱強度的簡化分析方法[J].船舶工程,2008,30(4):15-19.

[2] 金在律,鄭元龍等.船舶下水時浮箱的強度分析[J].計算結構力學及其應用,1988,5(1):68-76.

[3] 陳鐵云,陳伯真.船舶結構力學[M].上海:上海交通大學出版社,1990.

[4] ZHANG Xue-biao,LIU Yan.Finite Element Analysis for Pontoon Structural Strength during Ship Launching[J].Journal of Ship Mechanics,2004,8(6):113-122.

[5] GJB/Z 203-2001(K),艦艇坐塢船體結構強度計算方法[S].國防科學技術工業委員會,2001.

[6] 高春艷,劉斌斌等.Visual Basic控件參考大全[M].北京:人民郵電出版社,2006.

Ship Launching by Pontoon of a 76 000DWT Bulk Carrier

Chen Yifeng Zhai Gaojin Guo Lin

ship;pontoon;block;ship launching by pontoon;overall longitudinal strength;stability;stiffness coefficient of block

Launching by pontoon is one of the ship launching methods,and the safety of pontoon is the most critical factor to guarantee the success of launching scheme,therefore assessing the safety of pontoon is particularly important.This paper makes a detailed study on the ship launching by pontoon and the calculation of block stiffness coefficient of a 76 000 DWT bulk carrier.The results show that the overall longitudinal strength and stability of pontoon fulfills all requirements.The technology of ship launching by pontoon can provide reference for other ships.

U671.5

A

1001-9855(2010)05-0051-04

2010-05-13

陳軼鋒(1973.04-),男,漢族,江蘇人,工程師,設計工藝部副部長,主要從事船舶制造工藝的研究。