基于有限元法的船舶干塢狀態(tài)下注入壓載水塢墩受力分析

摘 要：在船舶出塢之前需要給其艙室內(nèi)（壓載艙、貨油艙）內(nèi)打入足夠的壓載水以調(diào)節(jié)船舶起浮后的浮態(tài)，盡量使其保持平浮狀態(tài)；然而，對(duì)于大型船舶來(lái)說(shuō)，需要打入大量的壓載水以調(diào)節(jié)其浮態(tài)，這就需要研究其在干塢狀態(tài)下注入壓載水后墩木的受力情況。鑒于目前分析受力的方法稍顯粗略，本文通過有限元方法進(jìn)行數(shù)值模擬，以期達(dá)到較準(zhǔn)確的墩木受力分析的目的。

關(guān)鍵詞：大型船舶；干塢；塢墩；壓載水；有限元法；受力

Analysis on Stress of Docking Blocks after Filling Ballast Water into BWT/COT of Ship by FEA Method

HE Gunagwei， XUE Lin

( CSSC Guangzhou Longxue Shipbuilding Co;Ltd. Guangzhou 511462 )

Abstract: Generally， enough ballast water will be pumped into BWT/COT before ship launches to adjust ship’s floating condition. However， a great deal of ballast water will be needed for large ships to adjust floating condition. So it is very import to study the stress of docking blocks in dock after filling ballast water. This paper carries out mathematical simulation by FEA method to realize precise stress analysis of the docking blocks.

Key words: Large ship; Docking; Docking blocks; Ballast water; FEA; Stress

1 前言

本文通過有限元計(jì)算在干塢壓載狀態(tài)下，船體以及塢墩的受力情況，并校核船體結(jié)構(gòu)的局部強(qiáng)度以及塢墩的安全性；得出一個(gè)以有限元計(jì)算為手段的船舶出塢、坐墩受力計(jì)算的一般方法。同時(shí)，研究在船舶研發(fā)工作中，結(jié)合船舶建造、營(yíng)運(yùn)時(shí)船舶坐墩的需要的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，并為建造中的布墩提供指導(dǎo)建議。

2 308 000 DWT VLCC干塢狀態(tài)注入壓載水塢墩受力情況

2.1 有限元模型

有限元建模、分析軟件使用DNV船級(jí)社patran-pre和sesam; 對(duì)NO.2貨艙及壓載艙區(qū)域進(jìn)行有限元建模，考慮到結(jié)構(gòu)及載荷的對(duì)稱性，有限元建模范圍為該區(qū)域的1/4; 船體結(jié)構(gòu)邊界條件為：前端和后端約束其X向平動(dòng)，縱剖面處約束其Y方向平動(dòng)，墩木約束其Z向平動(dòng)；墩木所受載荷為船體結(jié)構(gòu)及壓載水對(duì)其產(chǎn)生的靜壓力，見圖1。

2.2 分析方法

給NO.2 COT(P\\C\\S)各注入壓載水6 000、8 000、6 000 t壓載水，此時(shí)各艙的液位高度分別為8.15 m、7.14 m、8.15 m，對(duì)墩木的受力狀況進(jìn)行分析。

2.3 分析結(jié)果

貨油艙注入壓載水時(shí)塢墩及結(jié)構(gòu)受力情況，此時(shí)結(jié)構(gòu)的受力大小為41 MPa，塢墩受到的最大支反力大小為226 t，結(jié)構(gòu)最大變形為2.1 mm，產(chǎn)生在外底與塢墩接觸位置，見圖2。

3 82 000 DWT散貨船干塢狀態(tài)注入壓載水塢墩受力情況

3.1 布墩與與干塢壓載方案

見圖3、圖4。

3.2 有限元模型

見圖5。

3.3 計(jì)算工況

工況1，坐墩不加壓載水；

工況2，坐墩加壓載水：第2第3壓載艙滿，第1壓載艙半艙。

3.4 計(jì)算結(jié)果及分析

見圖6、圖7、圖8。

墩木受力不均勻性計(jì)算每個(gè)墩木受力與平均受力比值，以反映墩木受力的不均勻性的程度，分別見表1、表2。

4 結(jié)論

1）對(duì)308 000 DWT VLCC， 船舶在干塢狀態(tài)下將壓載水打入貨油艙塢墩受力為226 t，對(duì)塢墩進(jìn)行承壓試驗(yàn)，塢墩在壓力加到260 t時(shí)，水泥墩表面正常，沒有出現(xiàn)新裂紋，故此時(shí)塢墩受力安全。

2）對(duì)82 000 DWT散貨船。

① 塢墩布置滿足塢內(nèi)打壓載水的承重要求；

② 墩木的受力是不均勻的，最大的承重能達(dá)到平均承重的2.7倍；

③ 通過本計(jì)算案例，可以知道塢墩的受力并不均勻，按照平均受力法的計(jì)算辦法布置塢墩時(shí)應(yīng)該考慮一個(gè)不小于2.5倍的安全系數(shù)，如果不能達(dá)到該安全系數(shù)時(shí)，應(yīng)該開展有限元直接計(jì)算分析，以確認(rèn)安全性。

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