某型远洋渔船冰区加强方案分析

王靖，杨高胜，李纳

(农业部渔业装备与工程重点开放实验室;中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所，上海 200092)

某型远洋渔船冰区加强方案分析

王靖，杨高胜，李纳

(农业部渔业装备与工程重点开放实验室;中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所，上海 200092)

为了得到安全经济的渔船船体冰区加强结构形式，对冰区加强区域结构分别根据BV船级社规范和CCS钢质海船规范进行计算，为了得到直观的计算结果，选出按BV规范计算得出的钢材重量最轻的方案进行有限元直接计算，根据直接计算结果得到钢材强度的利用率，对比发现由于两部规范的冰区加强部分适用船型较广且针对的海域有所不同，其加强内容不是根据渔船特有的作业特点制定的，所以有必要区分商业运输船和渔业捕捞船的工况，针对相应的航行海域选择合适的规范和冰级。

远洋渔船;冰区加强;结构优化

渔业是重要的资源性战略产业，远洋渔业资源是人类的公共资源。国际上对远洋渔业资源管理的规则是“占有即权益”。远洋渔船到大洋捕捞，不但可以增加食物供给，还可以缓解近海渔业资源过度捕捞的压力，符合保护海洋环境的要求。因此，大型远洋渔船的自主研发是业界的重要任务［1］。随着捕捞范围越来越广泛，涉及冬季结冰海域，远洋渔船冬季冰区航行的结构安全性研究有现实意义。

关于船舶冰区加强，目前以下三种规范占据主要地位［2］，分别是芬兰和瑞典海事局(FMA＆SMA)制定的《芬兰-瑞典冰级规则》(FSICR)、国际船级社协会IACS极地冰级规范(Polar UR)和俄罗斯船级社冰级规范(RMRS)。另外，许多主要船级社如挪威船级社、德国劳氏船级社、美国船级社、法国船级社及中国船级社，等，也颁布了针对各自航区的入级检验规则。除俄罗斯船级社外，其余各船级社冰区加强规范(当年冰)均纳入该规则要求。各海域的浮冰形成阶段分为:初生冰—冰皮—尼罗冰—莲叶冰—灰冰、白冰、灰白冰—1年冰—老冰［3］。按不同的冰况，《芬兰-瑞典冰级规则》(FSICR)将航行冰区加强分为6个等级［4］:最严重(ice class IA Super)、严重(ice class IA)、中等(ice class IB)、轻度(ice class IC)、除大块固定冰以外的漂流浮冰(ice classⅡ)、除以上5种情况(ice classⅢ)。渔船捕捞有放网和起网等海水中的作业，当海水结冰影响渔船的作业时，渔船的捕捞会因海面结冰停止，所以对于具有特殊作业工况的渔船冰区结构加强需要进行更深入的研究，确定出适合渔船的冰区结构加强要求。

1 渔船及主要参数介绍

1．1 渔船基本情况

该渔船入籍法国BV船级社，需要满足ID级冰区加强要求，可在里海除冬季冰封期外的时间昼夜工作，用于捕捞鲱鱼、鲟鱼和其他杂鱼。捕捞鲱鱼采用光诱吸鱼管和或锥形网吸捕方式，捕捞鲟鱼采用延绳钓捕方式，捕捞其他杂鱼可采用小艇布网拦捕方式。除延绳钓作业外其他作业过程中利用抛锚固定船。采用横骨架式、钢质、单甲板、中段双底、后甲板室、艉机型、单柴油机驱动、单桨及单舵的设计。艉部线型采用宽整甲板面、圆角隅直艉封板及毂前球艉;艏部线型采用大外飘、前倾艏柱及SV型球艏。

1．2 渔船主要尺度和参数

渔船的主要尺度和参数见表1。

2 冰区结构规范计算

2．1 FSICR、BV和CCS规范冰极对照

几种规范的冰级对照见表2。

表1 渔船的主要尺度和参数

表2 规范冰级对照表

2．2 冰区加强区域划分

冰区结构加强分析，首先要确定加强范围，由表2可见，CCS规范B级冰区要求和BV规范ID级冰区要求都对应FSICR中的Ⅱ级要求，FSICR规则Ⅱ级冰区加强范围见图1阴影部分。

图1 艏部冰区加强区域

2．3 按BV船级社规范计算并优化结构形式

根据BV规范［5］ID级冰区加强要求，进行结构设计优化，共有4种方案，计算得出冰区加强区域外板和结构重量，见表3。

2．4 按CCS钢质海船入级规范计算

渔船航行的冰区，是指没有大的固定冰块而仅有漂流浮冰的冰区，属于最轻度的冰况［6］。该船按CCS钢质海船入级规范［7］计算的板厚和结构规格重量见表4。

表3 根据BV规范计算的结构重量

表4 根据CCS规范计算的结构重量

3 冰区加强区域结构直接计算

为获得更加直观的结果，清楚观察到受冰压力影响较大的结构，同时检验结构的设计和材料的选择是否合理，建立有限元模型进行直接计算。

3．1 冰区加强区域模型

选取按BV规范设计的方案二进行直接计算，应用ABAQUS软件建立冰区区域有限元模型，进行静力分析。由于甲板舱口比较小，不影响冰区强度的校核，省略了对甲板开孔的处理。

载荷有甲板压力、舷侧水压力、波浪中垂压力、波浪中拱压力及舷侧冰压力，等［8］。模型边界为该区域从整个船体结构截出的截断面，将截断面上的各边界3个方向位移固定。考虑到计算精度，采用四边形网格，单元的边长为50 mm。

3．2 计算结果

直接计算结果见图2。

图2 加强区域计算结果

结构的强度满足要求，受冰压载荷影响的主要结构的应力结果见图3～5。

表5为材料强度的利用率。

4 计算结果分析

4．1 经济性

图3 外板计算结果

图4 舱壁计算结果

图5 舷侧肋骨计算结果

表5 船体结构强度利用率

从表3可以看出，按BV规范对该船进行艏部冰区加强结构计算，通过变换肋距和采用不同强度的钢材，计算出不同的外板厚度和肋骨规格。这4种方案中舷侧纵桁作为结构加强使用，不参与强度计算。方案一、三为相同强度的材料，肋距不同;方案二、四亦为相同强度材料，肋距亦不同。相同材料肋距大的外板计算值大，但冰区加强结构重量较轻。有限元直接计算结果显示:主要结构外板处应力最大，其次是肋骨，舱壁处应力最小。增加外板的厚度是快速提高结构强度的有效办法。方案二外板厚度为16 mm，比方案四外板厚度12 mm大，而外板作为承受应力较大的结构，方案四需要增加肋骨强度来弥补外板厚度的减少，肋骨增加的重量大大地多余外板减少的重量.方案二比方案四总重量减少约1 t，比方案一减轻了18%。采用方案二，减少钢料重量的同时增加了装载量，提高了船舶使用的经济性。

4．2 工艺性

方案中肋骨间距有275 mm和550 mm两种，肋骨间距取275 mm时，相对于550 mm肋距增加一根肋骨的同时，还要增加焊缝。方案一的外板厚19 mm，而非冰区加强外板厚度为10 mm，冰区加强外板难以与周围外板衔接，需要中间厚度的钢板过渡，还需要开焊接坡口。这些增加了成本，同时更加大了施工难度。

4．3 规范要求

分析表4和表5发现，按CCS规范的计算结果比按BV船级社规范计算的最优方案的重量少40%，并且按BV规范选取的船体钢料为屈服强度355MPa的高强度钢。可以看出，不同船级社规范的内容侧重点不同，所以编制设计任务书时要根据船舶航行的区域或实际工作工况来选择附加标志。此型船入级BV，由于BV规范对于船艏结构加强的要求IC和ID是相同的，对于渔船结构冰区加强这部分没有特殊考虑，当海面有冰层时渔网无法深入到海水里进行捕鱼，而选择这样的冰区加强会导致结构强度冗余。

5 结束语

渔船不同于商业运输船舶，大多数渔船是在海面无冰的情况下进行捕捞作业，当海面结冰时，撒网困难，会停止捕捞作业。这时对结构的冰区加强不用有太苛刻的要求，按照最轻度的冰况条件进行结构加强已经足够。目前商船的冰区结构加强研究较多，但对于有既定捕捞作业的渔船冰区结构加强研究还欠缺，捕捞渔船的结构应该如何加强值得继续研究，这样才能得到合理、经济、安全并舒适的船舶。

在渔船设计过程中，设计人员要注意到捕捞渔船与运输船舶的不同之处，建议船东选择经济安全的方案;设计人员发现船东的任务书有不合理的条目时要及时给予反馈;各船级社在研究制定规范时应注意捕捞渔船与航行船舶的区别，重视渔船的冰区加强问题。

［1］徐皓，赵新颖，刘晃，等.我国海洋渔船发展策略研究［J］.渔业现代化，2012，39(1):1-5，10.

［2］王浩.我国冰区海域散货船结构安全研究［D］.大连:大连海事大学，2013.

［3］杨富茗.80 000 DWT散货船冰区航行有限元强度分析［D］.大连:大连海事大学，2012.

［4］FINNISH-SWEDISH ICE CLASS RULES［S］.Finnish＆Swedish Maritime Administration，2010.

［5］BV.Rules for the classification of steel ships.part e-additional Class Notations［S］.2013.

［6］中华人民共和国农业部渔船检验局.钢质海洋渔船建造规范1998［S］.北京:国防工业出版社，1998.

［7］中国船级社.钢质海船入级规范-2012.第2分册［S］.北京:人民交通出版社，2012.

［8］BV.Rules for the classification of steel ships.part d-additional class notations［S］.2013.

Ice Region Strengthening Scheme Analysis of the Ocean Fishing Vessel

WANG Jing，YANG Gao-sheng，LI Na
(Key Laboratory of Fishery Equipment and Engineering，Ministry of Agriculture，Fishery Machinery and Instrument Research Institute，Chinese Academy of Fishery Sciences，Shanghai 200092，China)

In order to get safe and economic form of fishing vessel hull structure，the ice strengthening structure is calculated and analyzed according to the BV rules and CCS steel ship classification rules respectively.The lightest steel weight scheme satisfying BV rules is chosen to carry out the FE direct analysis，to get the steel strength utilization.The comparative study on two rules shows that，the ice strengthening of the two rules is widely applicable for different sea areas，but the ice strengthening content do not take into account the unique operations characteristics of fishing vessels.So it is necessary to distinguish the operation condition between merchant ships and the fishing vessels，and choose the appropriate specifications and ice class for the corresponding navigation waters.

ocean fishing vessel;ice strengthening;structure optimization

U674.4

A

1671-7953(2015)02-0024-04

10.3963/j.issn.1671-7953.2015.02.006

2014-11-10

修回日期:2014-12-19

公益性行业(农业)科研专项经费项目(201003024)

王靖(1985-)，女，硕士，工程师

研究方向:渔船设计

E-mail:wangjingjy@126.com