淺談船舶船體變形對(duì)軸系校中的影響

李洋鋼

摘要：在一般的船舶軸系校中過程中，不考慮船體變形的影響，本文就船體在超載和正常裝載兩種狀態(tài)下變形時(shí)的軸承反力影響進(jìn)行了分析，得出相關(guān)的結(jié)論。

關(guān)鍵詞： 船舶；船體變形；軸系校中；影響

1.概述

一般情況下，在對(duì)船舶的軸系進(jìn)行校中時(shí)，往往忽略了軸承支撐部位的變形，也就是說，校中時(shí)，在不考慮船體變形的情況下進(jìn)行校中，在實(shí)際的施工過程中，也是采用未考慮變形的數(shù)據(jù)進(jìn)行，這就會(huì)造成一定的偏差。對(duì)于某些型號(hào)的船體而言，有的軸系的軸向尺寸比較大，軸承的數(shù)目也多，這種情況下，就不能忽略船體變形的影響，因?yàn)榇w的變形會(huì)使得各個(gè)軸在軸承處產(chǎn)生較大的位移，這些位移會(huì)對(duì)力的分布產(chǎn)生影響，因此，在這種情況下就必須考慮船體變形對(duì)于軸系校中的影響。本文以某種船型為研究對(duì)象，研究船體的變形會(huì)給軸系校中帶來什么樣的影響，研究時(shí)主要是在船體超載排水量和正常排水量兩種狀態(tài)下進(jìn)行，這兩種排水量各自又對(duì)應(yīng)中拱和中垂兩種情況。在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，先不考慮船體變形的影響，進(jìn)行軸系的校中計(jì)算，然后再把船體變形的影響加進(jìn)去，計(jì)算在變形情況下的軸承反力，并對(duì)船體變形對(duì)軸系校中的影響進(jìn)行分析和總結(jié)。

2.船體變形

船舶在海上航行的時(shí)候，由于受到裝載量不同的影響，會(huì)產(chǎn)生不同的船體變形，滿載或超載的時(shí)候變形相對(duì)較大，而輕載情況下變形會(huì)小一些。在船體發(fā)生形變的時(shí)候，各個(gè)軸在軸承的支撐處會(huì)產(chǎn)生一定的位移，這些位移發(fā)生之后，就會(huì)使軸系中各軸所受到的力重新分布。因此，在軸系的校中中不能忽略船體變形的影響。如果考慮船體的變形，通過計(jì)算得到的軸承反力是不是在規(guī)定的范圍內(nèi)需要重新進(jìn)行界定。在圖1所示的船體軸系模型中，軸系長度為80800mm，一共有十一個(gè)軸承，軸承的分布比較復(fù)雜，對(duì)應(yīng)的軸系的結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜，因此，要對(duì)船體變形產(chǎn)生的影響進(jìn)行深入的分析。因?yàn)槲覀兎治龃w的超載和正常兩種狀態(tài)，每種又分為中垂和中拱兩種情況，因此一種有四種情況需要考慮，可以建立船體的有限元模型進(jìn)行分析，從而得到每種情況下船體的變形情況。通過對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，可以得到軸系哪些地方的位移較大，再進(jìn)行下一步的分析。

3.軸系的合理校中

船舶的軸系只有滿足了一定的強(qiáng)度和剛度的要求才能在實(shí)際使用中滿足功能性的需求，此外，在對(duì)軸系進(jìn)行安裝的時(shí)候，還要保證軸系在合理的狀態(tài)下，這就是說要使軸段內(nèi)的應(yīng)力以及軸承上的載荷均勻地分布在一定的合理范圍之內(nèi)，因此，在對(duì)軸系進(jìn)行校中時(shí)，一般采用的方法是合理校中技術(shù)。這種計(jì)算方法是通過改變軸系中各個(gè)軸承在豎直方向上的位置，這樣可以使得軸系在安裝的過程中，軸線呈一種曲線，有利于使軸系中軸承的力更合理的得到分配，滿足軸系的一系列要求，保證其能夠使船體正常工作。

在合理校中的計(jì)算中，一般先將軸系直線布置，在這種情況下計(jì)算出每個(gè)軸承的反力數(shù)值，這樣計(jì)算出來的結(jié)果一般無法滿足應(yīng)力的需求，還需要進(jìn)行下一步的計(jì)算。所以，要對(duì)每個(gè)軸承處的反力影響系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，利用一些優(yōu)化原則來優(yōu)化軸承的位置，以滿足各方面的需求。優(yōu)化時(shí)一般利用線性或非線性的優(yōu)化方法，最終得到滿足要求的軸系位置，這時(shí)的軸系一般是曲線形的布置，這種方法就是合理校中技術(shù)，這種方法在船舶的校中中已經(jīng)被廣泛采取。

4.船體變形對(duì)軸系校中的影響

船體在不同的載重下，變形也不同，因此也對(duì)應(yīng)著不同的軸承反力變化。根據(jù)船體安裝過程中采取的措施的不同，我們可以認(rèn)為，船體在靜水中的變形為零，研究船體在不同情況下的變形時(shí)，都是以靜水中的狀態(tài)為基礎(chǔ)進(jìn)行的，是一種相對(duì)的值。

空船在靜水中的變形是中拱的，而其他情況下的中拱和中垂都是與空船靜水中的變形相對(duì)而言的。因此，我們就對(duì)船體四種情況下的變形進(jìn)行研究，分析船體變形對(duì)軸系反力的影響。

通過將超載狀況下的船體變形與靜水中的變形比較，得到超載時(shí)的變形，然后在這種狀況下進(jìn)行校中計(jì)算，得到對(duì)應(yīng)的軸承反力；同樣，在正常排水量的情況下，通過與靜水狀態(tài)下的變形對(duì)比得到此種情況下的變形，再計(jì)算對(duì)應(yīng)的軸承應(yīng)力。

5.結(jié)論

通過對(duì)超載排水量和正常排水量兩種狀態(tài)下的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，我們發(fā)現(xiàn)，與合理校中的軸承反力相比，這兩種狀態(tài)下的數(shù)值有很大的不同，而這兩種情形下的船體變化引起的軸承反力變化也各不相同。我們得出以下結(jié)論：

①船體的變形對(duì)尾軸軸承的影響不大；②在靠近軸系中點(diǎn)的位置上，軸承反力的變化較為明顯，引起了較大的反力變化；③在考慮船體變形的情況下，與合理校中相比，相鄰軸承反力依次出現(xiàn)增減的交替變化。

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