基于TSV-BLS的虛擬上層建筑總段吊裝分析

吳 忠 張 開

（泰州口岸船舶有限公司 泰州225321）

基于TSV-BLS的虛擬上層建筑總段吊裝分析

吳 忠 張 開

（泰州口岸船舶有限公司 泰州225321）

上層建筑總段吊裝是船舶建造過程中的重要環(huán)節(jié)，直接影響船廠的建造周期。為保證吊裝順利進行，通常應(yīng)計算起吊過程中結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力變化是否滿足要求。文章以38 500 t散貨船上層建筑總段整吊為例，應(yīng)用TSV-BLS軟件進行建模，模擬其動態(tài)起吊過程，分析結(jié)構(gòu)應(yīng)變和應(yīng)力，根據(jù)計算結(jié)果進行優(yōu)化處理，提高吊裝安全系數(shù)，保證總段吊裝的順利進行。

上層建筑；總段吊裝；TSV-BLS；動態(tài)分析

引 言

總段吊裝是船舶建造中不可缺少的一環(huán)，直接影響生產(chǎn)效率、建造周期和生產(chǎn)成本等。對于外形較為規(guī)范的總段來講，現(xiàn)階段很大程度上依賴于熟練技工的現(xiàn)場經(jīng)驗，而對于外形復雜的總段（例如首尾和機艙總段），一般借助傳統(tǒng)的有限元軟件分析其強度和變形，查看其是否滿足起吊要求。眾所周知，總段建模是一個十分龐大的工程，將消耗技術(shù)人員大量的時間和精力，并且現(xiàn)階段有限元軟件只能進行靜態(tài)的起吊受力分析，無法完整模擬整個吊裝過程，對于纜繩是否干涉、總段吊裝姿態(tài)是否滿足等，都沒有一個精準的預(yù)測，因此，有限元分析很大程度上限制分析結(jié)果的準確性［1］。

TSV-BLS是由日本泰科諾斯達株式會社研制的一款船舶分段吊裝仿真應(yīng)用軟件。該軟件能夠按照船舶分段吊裝計劃，三維模擬起重機吊裝船體分段過程。在分段吊裝模擬時可方便地檢查和確認分段在吊裝過程中的各個位置、姿態(tài)，預(yù)測起重機纜繩的干涉情況；分段在吊裝過程中的應(yīng)力分布狀況，從而確定是否需要對結(jié)構(gòu)進行加強等。

該軟件主要集成了日本聯(lián)合造船廠的經(jīng)驗和需求開發(fā)而成。除日本聯(lián)合造船外，日本三井造船和韓國三星重工等也已經(jīng)將其有效用于船體結(jié)構(gòu)建造中，目前國內(nèi)已有10家造船企業(yè)采用該軟件。

圖1 吊碼布置圖

1 上建總段吊裝方案介紹

上層建筑總段具有甲板薄、易變形、艙室多等特點，因此，文章選取上建總段作為分析對象。

吊裝前的舾裝程度直接影響船舶的生產(chǎn)效率、建造周期和建造成本等，但提高舾裝率必定導致上層建筑質(zhì)量增大，而其結(jié)構(gòu)所采用的鋼板厚度為6 ～ 12 mm，因此上層建筑總段具有質(zhì)量大、尺度大和剛性小等特點［2］。

本文以泰州口岸船舶有限公司建造的38 500 t散貨船上層建筑總段為分析對象，總質(zhì)量為498.11 t（包含舾裝），上層建筑重心見表1。

表1 總段重心表

該總段共五層甲板，自上而下分別為羅經(jīng)甲板、駕駛甲板、C甲板、B甲板、A甲板（包含煙囪），結(jié)構(gòu)全部采用船用低碳鋼，根據(jù)總段重心位置布置吊碼（具體位置見圖1），共16個吊碼。估算該布置下吊碼受力為：駕駛甲板右舷受力為235 t，左舷受力為135 t，B甲板受力為128 t。

2 應(yīng)用TSV-BLS驗證設(shè)計方案

2.1 TSV-BLS軟件簡介

傳統(tǒng)的船舶總段吊裝工作，需要具有高度的專業(yè)技能［3］，但采用TSV-BLS軟件系統(tǒng)后，便可以方便地按照船舶總段吊裝計劃三維模擬起重機吊裝船體總段的過程。

2.2 操作過程

應(yīng)用BLS軟件中的接口，可將Tribon軟件中的總段模型和材料屬性導入BLS軟件中，直接自動進行網(wǎng)格劃分，根據(jù)圖1吊碼布置圖中的位置布置吊碼，設(shè)置吊排形式和起吊方式，通過軟件中操控面板模擬吊裝作業(yè)，動畫演示吊裝過程（見圖2）。

圖2 模擬總段起吊過程圖

使用Dynamis求解器模擬計算吊裝模型，完成求解后，進入后處理，可查看其應(yīng)力、應(yīng)變結(jié)果。

同時，在模擬總段的動態(tài)起吊過程中，觀察纜繩在整個起吊過程中的受力大小，并查看纜繩是否與總段外形發(fā)生干涉（對于不規(guī)則的總段或需要翻身的總段有較高的實用價值），以上可作為起吊人員的操作指導，為安全吊裝提供保障。

2.3 結(jié)果分析

根據(jù)38 500載重噸船舶上層建筑總段的吊裝方案，重點分析了吊碼布置位置、重要板架結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力。表2為應(yīng)用TSV-BLS軟件計算結(jié)果，主要給出總段中各個板架的最大變形和最大應(yīng)力，詳見表2。

分析計算結(jié)果中的結(jié)構(gòu)變形，可知最大變形為47 mm，出現(xiàn)在上層建筑總段A甲板左舷懸臂結(jié)構(gòu)的自由端，見圖3。

表2 總段吊裝計算結(jié)果

圖3 總段平吊結(jié)構(gòu)變形云圖

根據(jù)計算應(yīng)力云圖可知，結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力為167 MPa，出現(xiàn)在駕駛甲板設(shè)置輔鉤位置下方的橫梁與甲板縱桁連接處，見圖4。

圖4 總段平吊結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖

2.3.1 結(jié)構(gòu)強度安全評估

根據(jù)規(guī)定，為保證吊裝作業(yè)的安全進行，選定安全系數(shù)應(yīng)大于等于1.2，此處選取S = 1.3［4］。上層建筑結(jié)構(gòu)采用A級鋼，屈服應(yīng)力為235 MPa，因此許用應(yīng)力為180 MPa大于表2的最大應(yīng)力167 MPa，滿足安全吊裝時的強度要求。

2.3.2 結(jié)構(gòu)剛度安全評估

結(jié)構(gòu)在吊裝過程中會出現(xiàn)一定的變形，根據(jù)經(jīng)驗，結(jié)構(gòu)在1 000 mm范圍內(nèi)出現(xiàn)1 ～ 3 mm的變形，認為整體吊裝滿足要求。由上表可知總段最大變形為47 mm，出現(xiàn)在A甲板左舷懸臂的自由端，其所在結(jié)構(gòu)的尺寸為32 000 mm，變形比例為1.5/1 000，屬彈性變形，滿足安全吊裝要求。

2.3.3 吊碼安裝部位的安全評估

由表2可知，設(shè)置吊碼部位的應(yīng)力水平較小，遠低于許用應(yīng)力235 MPa，因此不會產(chǎn)生過載或者局部應(yīng)力集中現(xiàn)象；在B甲板及駕駛甲板布置吊碼位置處的變形分別為0.3/1 000、0.56/1 000、0.37/1 000，均滿足變形要求，由此可知吊碼部位的強度和剛度均滿足安全吊裝要求。

綜上所述，上層建筑總段的應(yīng)力水平和變形均在規(guī)定的安全范圍內(nèi)，因此上層建筑總段在起吊過程中滿足安全要求。

3 吊裝分析

通過應(yīng)用TSV-BLS軟件分析38 500載重噸散貨船上層建筑總段吊裝強度，根據(jù)其計算結(jié)果和動態(tài)分析方法，可以看出在分析起吊過程中的應(yīng)力、應(yīng)變來確定所作加強的形式和位置，為后期的起吊過程提供數(shù)值依據(jù)。

4 結(jié) 論

綜上所述，TSV-BLS軟件在模擬總段吊裝過程中的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：模型信息和材料屬性等可直接由Tribon導入BLS，無需另外建模，大大節(jié)省了設(shè)計人員的時間［5］；可動態(tài)模擬總段起吊、翻身等吊裝動作，隨時查看吊纜的受力變化，仿真性更高；計算完成后，可根據(jù)結(jié)果直接進行優(yōu)化處理，簡單明了且易于操作。

上層建筑總段吊裝是保證船舶建造周期的關(guān)鍵部分，借助TVS-BLS軟件分析吊裝過程，可知其起吊中吊纜和結(jié)構(gòu)應(yīng)力的變化，并進行優(yōu)化設(shè)計，對于提高吊裝安全和吊裝工藝水平具有指導意義。

［1］湯紅霞，王曉宇，劉見華，等.艦船結(jié)構(gòu)極限強度計算及試驗研究［J］.船舶，2014（3）：26-29.

［2］陳達勝，楊瀛.VLOC甲板艙口圍總段總組及整體吊裝工藝研究［J］.船舶，2014（6）：69-74.

［3］嚴峰.巨型總段吊裝中的有限元方法應(yīng)用［J］.船海工程，2013（6）：69-73.

［4］中國船舶工業(yè)總公司，CB/Z 230-2013.船舶上層建筑整體吊裝技術(shù)要求［S］.2013.

［5］尚朝陽，黃健，鄭向宇.總段吊裝方式多元化的探討［J］.船舶標準化工程師，2015（2）：30-32.

Analysis of virtual superstructure block hoisting based on TSV-BLS

WU Zhong ZHANG Kai
（Taizhou Kouan Shipbuilding Co.，Ltd.，Taizhou 225321，China）

Superstructure block hoisting is an important part in the process of ship building，which directly affects the construction period of the shipyard.Generally，the structural deformation and stress variation during the hoisting should be calculated to meet the requirements in order to ensure smooth lifting.Taking the superstructure of a 38 500 DWT Bulk Carrier for example，this paper simulates the dynamic hoisting process by using TSV-BLS software，and analyzes the structural strain and stress.The calculation results are used for optimization in order to improve the hoisting safety factor，ensuring the smooth block hoisting.

superstructure； block hoisting； TSV-BLS； dynamics analysis

U663.6

A

1001-9855（2016）05-0094-04

2016-05-01；

2016-06-30

吳 忠（1977-），男，工程師，研究方向：船體結(jié)構(gòu)設(shè)計。張 開（1989-），男，碩士，助理工程師，研究方向：船體結(jié)構(gòu)設(shè)計。

10.19423/j.cnki.31-1561/u.2016.05.094