76 000 DWT散货船浮箱载船下水研究*

陈轶锋 翟高进 郭 林

(泰州口岸船舶有限公司 泰州 225321)

76 000 DWT散货船浮箱载船下水研究*

陈轶锋 翟高进 郭 林

(泰州口岸船舶有限公司 泰州 225321)

船舶;浮箱;支墩;浮箱载船下水;总纵强度;稳性;支墩刚度

浮箱载船下水是船舶下水方式之一,浮箱载船下水过程中,浮箱的安全是保证船舶安全下水的关键因素,因此,对浮箱安全的评估显得特别重要。对76 000 DWT散货船浮箱载船下水和支墩刚度的计算进行了较详细的研究,计算结果显示下水过程中的浮箱的总纵强度和稳性满足许可要求,此船浮箱载船下水工艺可以指导其他船舶浮箱载船下水。

翟高进(1984.06-),男,汉族,江苏人,硕士,主要从事船舶制造工艺的研究。

郭 林(1982.11-),男,汉族,江苏人,助理工程师,主要从事船舶制造工艺的研究。

0 引 言

船舶下水是船舶建造过程中最为重要的工序之一,浮箱载船下水是适应平地造船发展起来的一种新的下水方式,其在韩国得到广泛的应用,在中国尚处于起步阶段。

浮箱用作运载船舶下水的设备,在整个下水过程中,浮箱的安全是下水方案成功与否最为关键的因素。浮箱为扁长的箱型结构,容易因运载大吨位船舶引起浮箱总纵强度和稳性等方面的问题,危及下水船舶的安全,所以要对浮箱载船下水过程中浮箱的总纵强度和稳性进行分析研究。本文对76 000 DWT散货船浮箱载船下水过程中的浮箱的总纵强度和稳性进行了系统的研究。

1 浮箱载船下水基本原理

1.1 浮箱载船下水

浮箱载船下水整个过程可分为以下三个主要步骤[1,2]:

(1)用船台小车把被下水船舶移到上坞阶浮箱上,然后落墩、撤掉全部小车;

(2)向坞内注水使载船浮箱起浮,调整浮箱浮态,然后横移到下坞阶上方排出坞水,使载船浮箱搁于下坞阶上;

(3)打开浮箱通海阀,向坞内注水至水位与水平面持平,船舶起浮并脱离浮箱,完成整个下水过程。

1.2 力学模型

基于薄壁梁弯矩理论[3]并结合实际下水工艺,根据浮箱载船下水系统之间的相互支承、受力等特点,并考虑研究对象为浮箱的总纵强度,把浮箱载船下水模型简化为弹性基础耦合梁力学模型[1,4]。如图1所示,下水船舶简化为一维变截面梁,刚度为EI(x),船舶的边界条件为两端自由,船舶自身重量分布为P1(x);浮箱简化一维等截面梁,刚度为EI2,水对浮箱的作用等效为弹性基础。根据湿剖面等效刚度理论,弹性基础的刚度为K2=ρgB,其中ρ为水的密度、g为重力加速度、B为浮箱型宽、浮箱自身重量分布为P2(x);下水船舶与浮箱之间的相互作用靠支墩来传递,支墩用单向受压的弹簧来模拟,刚度为K1,每个支墩的自身重量为P3。

图1 弹性基础耦合梁力学模型

2 支墩等效刚度和组合刚度的计算

2.1 支墩等效刚度

支墩布置于下水船舶和浮箱之间,下水船舶与浮箱之间力的相互作用依靠支墩来传递,因此支墩等效刚度计算的准确性对浮箱总纵强度的计算有直接的影响。支墩相对浮箱结构的位置并不固定,支墩等效刚度计算需要考虑浮箱局部结构的影响,因此要分别计算支墩布置于浮箱肋位上、浮箱肋位间、浮箱横向强框架上和横向非强框架上的支墩等效刚度。

传统的支墩等效刚度的计算只是根据支墩的尺寸进行理论公式计算[5]。由于支墩结构比较复杂,又没有考虑浮箱局部结构对支墩等效刚度计算的影响,这样的计算方法不能反映实际的情况,需要对支墩等效刚度的计算方法进行改进。通过有限元软件计算支墩和浮箱局部结构载荷位移曲线,从而得到支墩和浮箱局部的刚度,再把支墩刚度和浮箱局部刚度串联起来,得到支墩的等效刚度。

下面举例说明一支墩布置于某肋位上的支墩等效刚度的计算。可应用有限元软件计算支墩和浮箱局部结构的载荷位移曲线,从而得到相应的刚度。在计算支墩刚度时,在有限元模型中,支墩底部刚性固定,载荷通过MPC施加在支墩顶板上,计算得到其载荷位移曲线,从而得到支墩的刚度,见图2;在计算浮箱局部刚度时,在有限元模型中,浮箱外底板刚性固定,在浮箱上甲板相应位置取支墩底部大小面积区域,在其面积区域上通过MPC施加载荷,计算得到其载荷位移曲线,从而得到浮箱局部的刚度,见图3。

图2 支墩刚度计算有限元模型

图3 浮箱局部刚度计算有限元模型

图4和图5为支墩和浮箱局部载荷位移曲线,根据载荷位移曲线,支墩刚度为K3=5.376×1010N/m,浮箱局部刚度为K4=1.684×109N/m。支墩等效刚度为支墩刚度和浮箱局部刚度串联而成,支墩等效刚度为:

计算结果显示浮箱局部刚度对支墩等效刚度的计算影响较大,支墩等效刚度由支墩刚度和浮箱局部刚度中值较小的决定。

图4 支墩载荷位移曲线

图5 浮箱局部载荷位移曲线

2.2 支墩组合刚度

在浮箱载船下水力学模型中把浮箱某一位置处横向方向的所有支墩等效为一个支墩,首先计算浮箱该位置处横向方向每个支墩的等效刚度,然后将这一位置处所有支墩的等效刚度并联起来得到支墩组合刚度,即可得到浮箱载船下水力学模型中该位置处支墩的组合刚度。图6为某一肋位处的支墩布置图,经并联计算得到力学模型中该肋位处的支墩组合刚度为K合=2.342×109N/m。

3 浮箱载船下水计算流程

本文基于矩阵位移法[3],根据图1力学模型,编制了相应的计算程序计算浮箱载船下水[6]。计算完成后,浮箱的稳性和总纵强度应满足许可要求,同时支墩的接触状态应为受压或者脱离。在稳性和总纵强度不满足的情况下都可以通过改变支墩布置或浮箱配载重新计算。

图6 某肋位处支墩布置图

在计算过程中,使用增量迭代法对整个计算过程进行控制,计算流程图如图7所示:

图7 计算流程图

4 实例计算

下面以76 000 DWT散货船进行浮箱载船下水计算。船长L1为225 m,型宽B1为32 m,总重量M1为11 920.3 t;浮箱为扁长形箱形结构,长度L2为210m,型宽B2为30 m,总重量M2为4 300 t,浮箱重量在长度方向近似均匀分布;船舶肋位F128+630 mm与浮箱重心对齐,此时船舶重心和浮箱重心在纵向方向不对齐,为了保证浮箱载船下水的安全,要求下水船舶重心位置与浮箱重心位置在纵向对齐,因此通过对浮箱进行配载,改变浮箱的重心,使下水船舶重心位置与浮箱重心位置在纵向对齐。经计算配载方案如下:浮箱尾部压载舱A23配载648.7 t压载水,此舱位于浮箱中部对浮箱横倾没有影响。浮箱各配载舱如表1所示:

表1 浮箱各配载舱分布

程序计算76 000 DWT散货船浮箱载船下水计算结果如表2和图8所示。

表2 计算结果

支墩力分布如图8所示:

从表2可以看出,浮箱载船下水时,浮箱的弯矩、剪力、支墩力、举力、吃水、变形、横倾角和纵倾角都满足许可要求,可以实现76 000 DWT散货船安全下水。实船下水结果显示,此下水方案是可靠、可行的。

图8 支墩力分布图

5 结 语

本文对76 000 DWT散货船浮箱载船下水进行了研究,计算结果显示浮箱的稳性和总纵强度都满足许可要求,可以实现76 000 DWT散货船安全下水。主要结论如下:

(1)本文计算方法及编制的计算程序,可以快速准确地预报76 000DWT散货船浮箱载船下水过程中浮箱的弯矩、剪力、支墩力、举力、吃水、变形、横倾角和纵倾角。此浮箱载船下水工艺可以指导其他各类船舶进行浮箱载船下水;

(2)在计算支墩等效刚度中,考虑了浮箱局部刚度对支墩等效刚度计算的影响,计算结果显示浮箱局部刚度对支墩等效刚度计算的影响较大;

(3)为了保证浮箱载船下水的安全,应通过对浮箱的配载确保下水船舶重心位置与浮箱重心位置在纵向对齐,以避免增加不必要的纵倾;在对浮箱进行配载时,浮箱应该进行左右舷对称配载,以避免增加不必要的横倾,以提高浮箱载船下水安全性。

[1] 孙晓凌,张世联.浮箱载船下水总纵强度的简化分析方法[J].船舶工程,2008,30(4):15-19.

[2] 金在律,郑元龙等.船舶下水时浮箱的强度分析[J].计算结构力学及其应用,1988,5(1):68-76.

[3] 陈铁云,陈伯真.船舶结构力学[M].上海:上海交通大学出版社,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),舰艇坐坞船体结构强度计算方法[S].国防科学技术工业委员会,2001.

[6] 高春艳,刘斌斌等.Visual Basic控件参考大全[M].北京:人民邮电出版社,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

陈轶锋(1973.04-),男,汉族,江苏人,工程师,设计工艺部副部长,主要从事船舶制造工艺的研究。