76 000 DWT散貨船浮箱載船下水研究*

陳軼鋒 翟高進(jìn) 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(jìn) 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(qiáng)度;穩(wěn)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(guò)程中,浮箱的安全是保證船舶安全下水的關(guān)鍵因素,因此,對(duì)浮箱安全的評(píng)估顯得特別重要。對(duì)76 000 DWT散貨船浮箱載船下水和支墩剛度的計(jì)算進(jìn)行了較詳細(xì)的研究,計(jì)算結(jié)果顯示下水過(guò)程中的浮箱的總縱強(qiáng)度和穩(wěn)性滿足許可要求,此船浮箱載船下水工藝可以指導(dǎo)其他船舶浮箱載船下水。

翟高進(jìn)(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(guò)程中最為重要的工序之一,浮箱載船下水是適應(yīng)平地造船發(fā)展起來(lái)的一種新的下水方式,其在韓國(guó)得到廣泛的應(yīng)用,在中國(guó)尚處于起步階段。

浮箱用作運(yùn)載船舶下水的設(shè)備,在整個(gè)下水過(guò)程中,浮箱的安全是下水方案成功與否最為關(guān)鍵的因素。浮箱為扁長(zhǎng)的箱型結(jié)構(gòu),容易因運(yùn)載大噸位船舶引起浮箱總縱強(qiáng)度和穩(wěn)性等方面的問(wèn)題,危及下水船舶的安全,所以要對(duì)浮箱載船下水過(guò)程中浮箱的總縱強(qiáng)度和穩(wěn)性進(jìn)行分析研究。本文對(duì)76 000 DWT散貨船浮箱載船下水過(guò)程中的浮箱的總縱強(qiáng)度和穩(wěn)性進(jìn)行了系統(tǒng)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(gè)過(guò)程可分為以下三個(gè)主要步驟[1,2]:

(1)用船臺(tái)小車(chē)把被下水船舶移到上塢階浮箱上,然后落墩、撤掉全部小車(chē);

(2)向塢內(nèi)注水使載船浮箱起浮,調(diào)整浮箱浮態(tài),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(kāi)浮箱通海閥,向塢內(nèi)注水至水位與水平面持平,船舶起浮并脫離浮箱,完成整個(gè)下水過(guò)程。

1.2 力學(xué)模型

基于薄壁梁彎矩理論[3]并結(jié)合實(shí)際下水工藝,根據(jù)浮箱載船下水系統(tǒng)之間的相互支承、受力等特點(diǎn),并考慮研究對(duì)象為浮箱的總縱強(qiáng)度,把浮箱載船下水模型簡(jiǎn)化為彈性基礎(chǔ)耦合梁力學(xué)模型[1,4]。如圖1所示,下水船舶簡(jiǎn)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(jiǎn)化一維等截面梁,剛度為EI2,水對(duì)浮箱的作用等效為彈性基礎(chǔ)。根據(jù)濕剖面等效剛度理論,彈性基礎(chǔ)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(lái)傳遞,支墩用單向受壓的彈簧來(lái)模擬,剛度為K1,每個(gè)支墩的自身重量為P3。

圖1 彈性基礎(chǔ)耦合梁力學(xué)模型

2 支墩等效剛度和組合剛度的計(jì)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(lái)傳遞,因此支墩等效剛度計(jì)算的準(zhǔn)確性對(duì)浮箱總縱強(qiáng)度的計(jì)算有直接的影響。支墩相對(duì)浮箱結(jié)構(gòu)的位置并不固定,支墩等效剛度計(jì)算需要考慮浮箱局部結(jié)構(gòu)的影響,因此要分別計(jì)算支墩布置于浮箱肋位上、浮箱肋位間、浮箱橫向強(qiáng)框架上和橫向非強(qiáng)框架上的支墩等效剛度。

傳統(tǒng)的支墩等效剛度的計(jì)算只是根據(jù)支墩的尺寸進(jìn)行理論公式計(jì)算[5]。由于支墩結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,又沒(méi)有考慮浮箱局部結(jié)構(gòu)對(duì)支墩等效剛度計(jì)算的影響,這樣的計(jì)算方法不能反映實(shí)際的情況,需要對(duì)支墩等效剛度的計(jì)算方法進(jìn)行改進(jìn)。通過(guò)有限元軟件計(jì)算支墩和浮箱局部結(jié)構(gòu)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(lián)起來(lái),得到支墩的等效剛度。

下面舉例說(shuō)明一支墩布置于某肋位上的支墩等效剛度的計(jì)算?？蓱?yīng)用有限元軟件計(jì)算支墩和浮箱局部結(jié)構(gòu)的載荷位移曲線,從而得到相應(yīng)的剛度。在計(jì)算支墩剛度時(shí),在有限元模型中,支墩底部剛性固定,載荷通過(guò)MPC施加在支墩頂板上,計(jì)算得到其載荷位移曲線,從而得到支墩的剛度,見(jiàn)圖2;在計(jì)算浮箱局部剛度時(shí),在有限元模型中,浮箱外底板剛性固定,在浮箱上甲板相應(yīng)位置取支墩底部大小面積區(qū)域,在其面積區(qū)域上通過(guò)MPC施加載荷,計(jì)算得到其載荷位移曲線,從而得到浮箱局部的剛度,見(jiàn)圖3。

圖2 支墩剛度計(jì)算有限元模型

圖3 浮箱局部剛度計(jì)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(jù)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(lián)而成,支墩等效剛度為:

計(jì)算結(jié)果顯示浮箱局部剛度對(duì)支墩等效剛度的計(jì)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(xué)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(gè)支墩,首先計(jì)算浮箱該位置處橫向方向每個(gè)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(lián)起來(lái)得到支墩組合剛度,即可得到浮箱載船下水力學(xué)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(jīng)并聯(lián)計(jì)算得到力學(xué)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(jì)算流程

本文基于矩陣位移法[3],根據(jù)圖1力學(xué)模型,編制了相應(yīng)的計(jì)算程序計(jì)算浮箱載船下水[6]。計(jì)算完成后,浮箱的穩(wěn)性和總縱強(qiáng)度應(yīng)滿足許可要求,同時(shí)支墩的接觸狀態(tài)應(yīng)為受壓或者脫離。在穩(wěn)性和總縱強(qiáng)度不滿足的情況下都可以通過(guò)改變支墩布置或浮箱配載重新計(jì)算。

圖6 某肋位處支墩布置圖

在計(jì)算過(guò)程中,使用增量迭代法對(duì)整個(gè)計(jì)算過(guò)程進(jìn)行控制,計(jì)算流程圖如圖7所示:

圖7 計(jì)算流程圖

4 實(shí)例計(jì)算

下面以76 000 DWT散貨船進(jìn)行浮箱載船下水計(jì)算。船長(zhǎng)L1為225 m,型寬B1為32 m,總重量M1為11 920.3 t;浮箱為扁長(zhǎng)形箱形結(jié)構(gòu),長(zhǎng)度L2為210m,型寬B2為30 m,總重量M2為4 300 t,浮箱重量在長(zhǎng)度方向近似均勻分布;船舶肋位F128+630 mm與浮箱重心對(duì)齊,此時(shí)船舶重心和浮箱重心在縱向方向不對(duì)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?qū)R,因此通過(guò)對(duì)浮箱進(jìn)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?qū)R。經(jīng)計(jì)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(duì)浮箱橫傾沒(méi)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(jì)算76 000 DWT散貨船浮箱載船下水計(jì)算結(jié)果如表2和圖8所示。

表2 計(jì)算結(jié)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(shí),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(shí)現(xiàn)76 000 DWT散貨船安全下水。實(shí)船下水結(jié)果顯示,此下水方案是可靠、可行的。

圖8 支墩力分布圖

5 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)76 000 DWT散貨船浮箱載船下水進(jìn)行了研究,計(jì)算結(jié)果顯示浮箱的穩(wěn)性和總縱強(qiáng)度都滿足許可要求,可以實(shí)現(xiàn)76 000 DWT散貨船安全下水。主要結(jié)論如下:

(1)本文計(jì)算方法及編制的計(jì)算程序,可以快速準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)76 000DWT散貨船浮箱載船下水過(guò)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(dǎo)其他各類船舶進(jìn)行浮箱載船下水;

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

(3)為了保證浮箱載船下水的安全,應(yīng)通過(guò)對(duì)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?qū)R,以避免增加不必要的縱傾;在對(duì)浮箱進(jìn)行配載時(shí),浮箱應(yīng)該進(jìn)行左右舷對(duì)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(lián).浮箱載船下水總縱強(qiáng)度的簡(jiǎn)化分析方法[J].船舶工程,2008,30(4):15-19.

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[5] GJB/Z 203-2001(K),艦艇坐塢船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算方法[S].國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì),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(shè)計(jì)工藝部副部長(zhǎng),主要從事船舶制造工藝的研究。