CSR剪力修正及NAPA宏程序实现*

陈胜兰

(沪东中华造船有限公司 上海 200129)

CSR剪力修正及NAPA宏程序实现*

陈胜兰

(沪东中华造船有限公司 上海 200129)

散货船共同结构规范;间隔装载剪力修正;进水工况剪力修正;NAPA

散货船共同结构规范自2006年4月1日生效,第五章船体梁强度对散货船间隔装载和进水工况剪力修正提出了新的修正方法,正确理解该修正方法对设计者来说至关重要,使用NAPA宏程序实现此修正方法对提高设计者的计算速度和正确率大有裨益。该文阐述了作者对规范的理解,并介绍如何用NAPA宏程序实现,供设计者参考。

0 概 述

散货船共同结构规范自2006年4月1日生效,该规范的生效对散货船的结构设计推出了新的要求。在第五章船体梁强度的计算方面,对散货船间隔装载以及进水工况剪力修正提出了新的规范要求。如何正确理解新的剪力修正方法以及在NAPA程序中实现此计算方法对散货船的设计者来说至关重要。

NAPA软件是由芬兰NAPA公司开发的船舶设计软件,它的功能包括线型生成、静水力计算、完整稳性计算、舱容(包括纵倾舱容)计算、破舱稳性计算(包括确定性破舱和概率性破舱)等。NAPA的宏程序语言是一个强有力的工具,可以用来解决各种特定的问题,或者用来完成一些标准的、系列性的功能。充分利用NAPA宏程序,可以真正达到对于NAPA软件的创造性使用。所有的NAPA命令,均可以用于编写宏程序。NAPA的宏程序可以直接读取NAPA数据库中的任何数据,因此给了使用者极大的发挥空间,可以在标谁NAPA系统的基础上进行宏程序编制,实现新的功能。NAPA的宏程序可以在船舶设计后期用于生成各种类型、各种格式的交船文件,诸如总纵强度手册或者稳性手册等。本文对CSR剪力修正方法和如何使用NAPA宏程序实现进行探讨,介绍宏程序编制思想,供设计者参考。

1 间隔装载剪力修正规范理解

ΔQC——剪力修正量,如适用时,考虑双层底桁材传递至横舱壁的载荷量。

规范指出最前货舱前端和最后货舱后端不必计入剪力修正量。

·非均匀装载工况的船舶:如隔舱装载工况和货舱装有压载水的重压载工况;

(ρ:海水密度,取1.025 t/m3)

·其他船舶:ΔQC=0。

规范中提到的隔舱装载,指在装货时允许有些舱为空舱,对于该种设计的散货船在船级符号里一般会有“BC-A,Holds Nos.2,4,…may be empty”船级符号。货舱装有压载水的重压载工况指中间的一个货舱作为压载水舱,在天气恶劣的情况下,常采用重压载航行,以抵御海上的风浪。此种情况下,此货舱的前后相邻舱都为空,故为间隔装载。

根据上述隔舱装载剪力修正的要求,在满舱和空舱之间的舱壁前后端剪力按照上述公式修正。在此舱壁前后端的剪力修正量见图1。由于空舱M=0,故在空舱对此舱壁的剪力修正量直接表示为ΔQC=ραTLC。

图1 剪力修正量ΔQC

其中公式里的参数计算公式如下:

式中 g——重力加速度,取9.81m/s2;

l0,b0——分别为所考虑货舱的双层底平面部分的长度和宽度,m;b0应在货舱中间的船体横剖面处量取;

lH——所考虑货舱的长度,m,在槽形横舱壁高度的中间位置处量取;

BH——船宽,m,在所考虑货舱中间的船体横剖面内底平面量取;

M——所考虑剖面所在的货舱的货物总质量,t;

TLC——吃水,m,在所考虑货舱中间的船体横剖面处从基线垂直量至所考虑装载工况的水线。

关于以上参数如何选取,下面用双壳散货船的一个货舱作为例子,如图2所示。

如图2所示,l0,b0,BH都是在内底平面量取的,lH是在舱室高度的一半处量取的舱室长度,这些参数的选取要注意。

T的定义是此装载工况下该货舱中间剖面的吃水。根据装载工况的计算结果会得出首垂线和尾垂线处的吃水,然后根据角度和距离关系可以计算出该舱中间剖面处的吃水。以上的剪力修正是在完整工况下。

根据国际船级社联合规范URS17,对于散货船要校核完整工况下发生的单舱破损的强度问题。此单舱破损进水量是基于以下假定:装货部分渗透率为0.3,空的部分按渗透率0.95来考虑。在破损工况下的剪力修正和上述完整工况的修正方法相同,唯一不同的就是舱室货物质量M要计入该舱室破损时进入该舱的水的质量。用手工计算单舱破损进水量要花费很多时间,如果能在NAPA程序中调用此变量,则一切迎刃而解。

图2

2 NAPA程序实现完整工况剪力修正

下面就NAPA宏程序对于完整工况剪力修正的编制思路给出描述,以第4号货舱和第3号货舱之间的舱壁#159处剪力修正为例,其它舱壁处的修正思路一样,当然这些都是基于相邻的4号货舱和3号货舱是间隔装载,在宏程序里会编制命令对此进行判断,让程序自动去识别需要进行剪力修正的舱壁。

·调用参数引用完整工况下未修正的#159处剪力

@fr159=ld.sqntx(′shear′,#159)

·调用参数引用该装载工况4号货舱和3号货舱的舱室载货量

@NO3CARGO=ld.lqnt(′mass′,′NO3CARGO′)

@NO4CARGO=ld.lqnt(′mass′,′NO4CARGO′)

·调用参数引用该装载工况首尾垂线处的吃水

@ta=ld.qnt(′TA′,′Y′) @tf=ld.qnt(′TF′,′Y′)

@rho=ref(′RHO′)

·设置计算ΔQC所需舱室参数,计算剪力修正量ΔQC

4号货舱计算参数从总布置图上得到的信息如下:

@lh4=25.8

@l4=23.22

@b4=28.56

@bh4=36.8

@t4=ta-121.13*(ta-tf)/221

@@根据前面的首尾垂线处吃水ta＆tf得到四号货舱中间处吃水

@FII4=1.38+1.55*l4/b4

@alpha4=l4*b4/(2+FII4*l4/b4)

@QC4=alpha4*(abs(NO4CARGO/(bh4*l4)-rho*t4))

@@根据四舱参数得到的剪力修正量QC4

3号货舱计算参数从总布置图上得到的信息如下:

@lh3=25.8

@l3=23.22

@b3=28.56

@bh3=36.8

@t3=ta-146.93*(ta-tf)/221

@@根据前面的首尾垂线处吃水ta＆tf得到三号货舱中间处吃水

@FII3=1.38+1.55*l3/b3

@alpha3=l3*b3/(2+FII3*l3/b3)

@QC3=alpha3*(abs(NO3CARGO/(bh3*l3)-rho*t3))

@@根据三舱舱参数得到的剪力修正量QC3

从上面的程序思路进行下来#159舱壁处的前后剪力修正值QC3,QC4已经得到,为了简化对强度是否满足要求的判断,判断最危险的情况是否满足要求就行,所以接下来对此舱壁处的剪力修正量采用前后舱壁处QC3,QC4中最小的一个进行修正,如果选取的这个最小修正量进行修正后都满足规范要求,说明强度没有问题。

·判断选取QC3,QC4中的最小者作为修正量

@if QC4＞QC3 then

@QC159=QC3

@else

@QC159=QC4

@endif

·#159舱壁剪力修正后的数值

@sf159=fr159-abs(fr159)/fr159*QC159

@@用abs(fr159)/fr159判断fr159处剪力正负,以对fr159处的剪力进行加或减QC159,得到修正后值

·#159舱壁剪力修正后和许用值的百分比

@if sf159＞0 then

@sh159=fmt(100*sf159/ld.sqntx(′shmx′,#159),1,8)

@@若为正剪力和#159处正许用值求百分比

@else

@sh159=fmt(100*sf159/ld.sqntx(′shmn′,#159),1,8)

@@若为负剪力和#159处负许用值求百分比

@endif

·判断三四号货舱是否间隔装载

@if and(NO4CARGO＞0,NO3CARGO=0)＞0 then

@sfc159=fm t(sf159,0,8)@shc159=sh159

@elseif and(NO4CARGO=0,NO3CARGO＞0)＞0 then

@sfc159=fm t(sf159,0,8)@shc159=sh159

@else

@sfc159=″ @shc159=″

@endif

判断后,如果是间隔装载,则#159处剪力值sfc159取sf159,和该肋位处的许用值百分比shc159取sh159.如果不是间隔装载,则#159处舱壁不用进行剪力修正,其剪力值采用完整工况计算下未进行修正的剪力值。

·判断整个装载工况是否出现间隔装载情况,是否需要采用剪力修正格式输出

@a=NO1CARGO*NO2CARGO*NO3CARGO*NO4CARGO*NO5CARGO*NO6CARGO*NO7CARGO

@b=NO1CARGO+NO2CARGO+NO3CARGO+NO4CARGO+NO5CARGO+NO6CARGO+NO7CARGO

LQ SD X FR BEND BMREL SHEAR SHREL

@ifand(0=a 0＜b)then

@@如果装载状态判断结果有间隔装载,采用剪力修正格式输出报告

LISSD#36 #66 #99 #129 #159 #189 #222#250 TABLE=ONLY

REPL

TYPE------------------------------------

type X FR BEND BMREL SHEAR SHREL SFCORR SHRCORR

type m # tm % t % t %

too tab space=5 hd=ul

SLIST

TYPE------------------------------------

Ok

@else

@@如果装载状态判断结果没有间隔装载存在,则直接输入报告

TOO SD,HD=(UL,S,U,UL,-,UL),FIELD=*1,SPACE=5,MARG=4

LISSD#36 #66 #99 #129 #159 #189 #222#250

@endif

到此为止,完整工况下剪力修正NAPA程序实现基本完成,把此宏程序保存到NAPA的TEXT里,保存名为LISTLD.SFCORR,这样在NAPA输出状态的命令里就可以调用此宏命令,如下:

TYPE STRENGTH AT BULKHEAD

LIST LISTLD.SFCORR

下面附上用NAPA宏程序输出的重压载工况剪力修正后的强度报告,四号货舱装满压载水,需对四号货舱的前后舱壁进行剪力修正,计算输出报告如下。

TAB

GETSFTEST

del all

ASG X X/′TAB*TABLE′

ASG FR FR/′TAB*TABLE′

ASG BEND BEND/′TAB*TABLE′

ASG BMREL BMREL/′TAB*TABLE′ASG SHEAR SHEAR/′TAB*TABLE′ASG SHRELSHREL/′TAB*TABLE′

ASG SFCORR″ ′@sfc66′ ′@sfc99′ ′@sfc129′′@sfc159′ ′@sfc189′ ′@sfc222‴

@@把舱壁处修正后的剪力值放到SFTEST的TABLE中的SFCORR列中

ASG SHRCORR″″ ′@shc66′ ′@shc99′ ′@shc129′ ′@shc159′ ′@shc189′ ′@shc222′ ″@@把舱壁处修正后的剪力值和许用值的百分比到SFTEST的TABLE中SHRCORR列中

图3

3 NAPA程序实现破损工况剪力修正

破损工况剪力修正的基本原理和完整工况下基本相同,但是思路仍有区别,原因在于破损工况是发生在URS17规定的在装载工况下每个货舱都依次破损,比如有7个货舱依次发生破损,当每个货舱破损时,船舶的浮态都不相同,根据剪力修正计算要求,破损工况下的ΔQC计算公式中质量M应包括所计及货舱的进水质量,要找出此破损状态下的吃水和该舱室的进水量,这个是破损工况剪力修正主要解决的问题。下面就URS17规定的破损工况下的剪力修正NAPA宏程序实现逐步分析,以六号舱破损为例,对其前舱壁#99处进行剪力修正。

·在输出报告的LIST命令流里给破损工况剪力修正的宏程序取名为LISTLD.DAMSFCORR TYPE STRENGTH AT BULKHEAD

LISSD#36 #66 #99 #129 #159 #189 #222#250 DAM=IACS_HOLD6 TABLE=ONLY

@damcase=′IACS_HOLD6′

@@定义破损状态即第六号货舱破损

LIST LISTLD.DAMSFCORR

@@具体的宏程序实现过程见下面的逐步分析

由以上LISSD…TABLE=ONLY将第六舱发生破损DAM=IACS_HOLD6的弯矩剪力值存放到TABLE中,以方便日后调用。当第六舱破损的计算工作结束后,接下来依次要考虑第7号货舱破损,DAM=IACS_HOLD7,同样要将七号货舱破损时的弯矩剪力值保存到TABLE中再做同样的出来,由于篇幅有限,只对6号货舱破损时给出分析,其它舱室道理一样。

·引用6号货舱破损时保存在TABLE里舱壁处的剪力值,同时定义破损工况下的极限限制曲线TAB TABLE

@fr99=TP.VALUE(′TAB*TABLE′,′SHEAR′,3)

@@TABLE里SHEAR列的第三行存放的是#99处剪力值,这个不能错位STLIM DAMSEA

@@破损极限限制曲线名为DAMSEA

·引用未破损时与#99舱壁相邻的六舱和五舱的舱室载货量

@rho=ref(′RHO′)

@NO5CH=ld.lqnt(′mass′,′NO5CARGO′)

@NO6CH=ld.lqnt(′mass′,′NO6CARGO′)

·计算破损后六号货舱的进水量以及破损后的首尾垂线处吃水

@IF damcase=′IACS_HOLD6′THEN

!CALDA.COMMAND(′heel 0 5 10 20 30 40 45 60 70 80 85′)

!CALDA.COMMAND(′INI I1′)

LOAD@LDNAME

OK

@@使用函数!CAL DA.COMMAND(),可以在LD下直接执行破损计算,上面就是通过此函数将名为@@LDNAME的完整工况定义为初步破损状态I1,接下来的单舱破损都是在此状态下进行的。

!CAL DA.COMMAND(′CAL I1/IACS_HOLD6′)!CAL DA.COMMAND(′ASG DRES I1/IACS_HOLD6 STAGE=*LAST PHA=EQ SIDE=PS′)

@@破损计算结果保存在DRES中

@ta6=DA.ASSIGN(′DRES′,′TA′)

@@引用破损后的首尾吃水

@tf6=DA.ASSIGN(′DRES′,′TF′)

@WFL6=DA.ASSIGN(′DRES′,′WFL′)

@@引用破损后六号货舱的进水量

@NO6CARGO=NO6CH+WFL6

@@得到破损后的M(计入进水量)

@ta=ta6

@tf=tf6

@ELSE

@@如果不是六号货舱破损,则不计进水量

@NO6CARGO=NO6CH

@ENDIF

·设置计算ΔQC所需舱室参数,计算剪力修正量ΔQC

设置六号货舱计算所需主要参数:

@@for NO6CARGO

@lh6=28.38

@l6=25.8

@b6=28.56

@bh6=35.67

@t6=ta-68.24*(ta-tf)/221

@@根据破损后首尾垂线处吃水ta＆tf得到六号货舱中间处吃水

@FII6=1.38+1.55*l6/b6

@alpha6=l6*b6/(2+FII6*l6/b6)

@QC6=alpha6*(abs(NO6CARGO/(bh6*l6)-rho*t6))

@@得到根据六舱破损情况得到的剪力修正量QC6

设置五号货舱计算所需主要参数:

@@for NO5CARGO

@lh5=25.8

@l5=23.22

@b5=28.56

@bh5=36.8

@t5=ta-95.33*(ta-tf)/221

@@根据破损后首尾垂线处吃水ta＆tf得到五号货舱中间处吃水

@FII5=1.38+1.55*l5/b5

@alpha5=l5*b5/(2+FII5*l5/b5)

@QC5=alpha5*(abs(NO5CARGO/(bh5*l5)-rho*t5))

@@得到根据五舱参数得到的剪力修正量QC5

破损工况的#99处舱壁的前后端剪力修正量QC5,QC6都已得出,接下来的选取比较判断工作和完整工况描述的下述目录思路相同,可以参照前面的目录中的详细描述。

·#159舱壁剪力修正后的数值

·#159舱壁剪力修正后和许用值的百分比

·判断三四号货舱是否间隔装载

·判断整个装载工况是否出现间隔装载情况,是否需要采用剪力修正格式输出

在最后输出时,要注意破损状态强度的输出与完整状态的不同,LIS SD后要带上DAM=@damcase,具体参照如下设置输出:

@if and(0=a 0＜b)then

LISSD#36 #66 #99 #129 #159 #189 #222

#250 DAM=@damcase TABLE=ONLY

@else

TOO SD,HD=(UL,S,U,UL,-,UL),FIELD=*1,SPACE=5,MARG=4

LISSD#36 #66 #99 #129 #159 #189 #222#250 DAM=@damcase

@endif

将破损状态下每个舱都按照上面的思路运行一遍,就可以完成URS17中规定的完整状态下每个货舱依次破损的剪力修正。在NAPA输出状态的命令里调用宏命令LISTLD.DAMSFCORR,就可以对此破损状态判断并进行剪力修正。

下面附上用NAPA宏程序输出的重压载工况,即四号货舱装满压载水,当第六舱发生破损的强度输出报告。分别对#66,#99,#129,#159处的横舱壁作了剪力修正,计算输出报告如图4。

4 结 语

以上对CSR散货船共同规范要求的剪力修正规范进行了理解,并对NAPA宏程序实现的关键思想作了阐述,此宏程序给大量工况下的剪力修正工作带来很大的方便,一方面节省了计算时间,另一方面很大程度上提高了计算的准确度,在输出工况报告的同时完成了剪力修正工作。此NAPA宏程序还存在不足之处,思路也许可以更加简洁,内容可以更加完善,但笔者希望此文对规范的理解和程序编制的思路能给读者带来启示,起到抛砖引玉的作用,以期和同仁们共同探讨!

[1] Common structural Rules for Bulk Carriers[S],July 2008.

[2] IACSUnified Requirements[S],S17,2007.

[3] Napa Manuals 2008[S].

[4] 钢质海船入级规范[S].

CSR Shear Force Correction and the implementation in the Napa Macro Program

Chen Shenglan

common structural rules for bulk carriers;shear force correction for the alternate load condition;shear force correction for the flooded condition;NAPA

The common Structural Rules for Bulk Carriers came into force in April 1st,2006.And the new shear force correction method for the alternate load condition and flooded condition are presented in the Chapter 5 for the Hull Girder strength.It is vital for designers to correctly understand this correction method.And the implementation of this method in the NAPA macro program can speed up the calculation and improve the accuracy.This paper presents the author's comprehension of this correction,and explains how to develop the NAPA macro program to provide the reference for designers.

U 662.9

A

1001-9855(2010)06-0047-06

2010-07-22

陈胜兰(1982.07-),女,汉族,湖北人,工程师,从事船舶总体研究设计工作。