CN110126979A - 一种中小邮轮滑道滑移上驳下水船底结构强度的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中小邮轮滑道滑移上驳下水船底结构强度的计算方法，包括建立全船有限元模型，并调整全船有限元质量分布，使质量分布与下水时的船舶重量相同；选取邮轮在拉移过程中剖面相对弱小与外板型线突变的位置通过船台与驳船交界处时的船底结构作为分析对象，并通过间隙单元来定义船底与驳船之间的高度差，同时施加重力加速度以及边界条件；最后求解分析，确认船底结构应力分布及其船台与驳船甲板高度差的极限值。本发明能精确给出在不同高度差时邮轮船体结构拉移过程中的应力分布，并确定船台与驳船平面之间高度差的极限值，从而保证邮轮船体结构在拉移过程中的安全性。

Description

一种中小邮轮滑道滑移上驳下水船底结构强度的计算方法

技术领域

本发明属于船舶强度计算领域，具体涉及一种中小邮轮滑道滑移上驳下水船底结构强度的计算方法。

背景技术

考虑到成本等因素，中小邮轮下水时，通常在邮轮底部铺设滑道，并通过拉移滑道将邮轮船体拉移至驳船上进行下水。受到潮汐、驳船压载精度以及压载滞后等问题的制约，驳船的甲板面与船台水平面常存在一定的高度差，这就导致船底结构在通过驳船与船台交界处时由于自身重力产生严重的应力集中，并由于不均匀的接触，使得船底艏艉支撑处的局部结构应力、变形都很大。由于邮轮结构所采用的钢板都很薄，因此，极易造成局部损伤、破坏甚至舱室破坏、设备受损。而现有的技术中，针对中小邮轮滑道拉移上驳下水船底结构强度的分析研究较少，多数基于经验操作或者少量计算加经验的方法处理，没有一套完整精确的计算方法。

因此有必要针对这一问题提出一种能有效计算中小邮轮滑道拉移上驳过程中船底结构强度的计算方法，计算得到在各种高度差下不同肋位通过交界处时的船底结构应力分布，并找出薄弱部位，提前进行加强处理；同时得到驳船与船台之间高度差允许的极限值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于中小邮轮滑道拉移上驳下水船底结构强度的计算方法，用该方法能精确得到驳船与船台之间高度误差的极限值，并且能得到邮轮在拉移时船底结构的精确应力分布，为驳船压载操作提供有力的参考依据，并为强度不足的区域提前提供数据支持，保证邮轮在拉移上驳过程中结构的安全性。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种中小邮轮滑道滑移上驳下水船底结构强度的计算方法，包括如下步骤：

S1）建立全船三维有限元模型；

S2）调整全船有限元质量分布，使质量分布与下水时的船舶重量相同；

S3）选取分析对象，建立分析模型；

包括：选取邮轮在拉移过程中剖面相对弱小与外板型线突变的位置通过船台与驳船交界处时的船底结构，作为分析对象，共n个分析对象；

将驳船与船台之间不同高度差列入分析，共存在m个高度差；

将单个高度差下单个分析对象作为一个分析工况，共n•m个分析工况；

通过间隙单元来定义船底与驳船之间的高度差，并施加重力加速度以及边界条件，建立分析模型；

S4）求解n•m个分析工况，确认船底结构局部强度，得出船底结构应力分布，找出结构最弱部位，并确定船台与驳船甲板之间的高度差是否满足强度计算要求。

本发明的方法，所述S1）中，根据邮轮的具体结构形式，从船艉至船艏建立全船结构有限元模型；模型尺寸和实际船体结构保持一致；船底结构，包括双层底结构的有限元模型与实际一致，各种开孔与真实结构相符。

对主要结构，包括各层甲板、外板、横梁、纵桁、肋板，采用板单元建模；对纵骨、肋骨、横梁面板、纵桁面板采用梁单元建模；对装置设备，包括主机、螺旋桨、发电机采用质量单元建模。

所述S2）中，依据全船实际重量的具体分布曲线将船体结构有限元模型划分成5-300个不等的块，或者依据全船船体分段划分图将船体有限元模型划分成相同的分段；对每个有限元块或者分段模型进行重量与重心的调整，每个有限元块或者有限元分段结构与实际结构一致；保证有限元模型的重量、重心与实际结构一致，有限元模型整体重量≥实际结构重量。

重心坐标误差控制在10%-0；质量调整时，采用分别调整每个有限元块或者分段的材料密度、或者增加非结构质量的方法，使重量、重心满足要求误差要求。

所述S3）中，选择邮轮在拉移过程中每个横剖面通过船台与驳船交界处时的结构作为一种分析对象，剖面选择包含各剖面中相对弱小的肋位与外板型线突变的肋位，或者包含所有的肋位，共n个分析对象。

通过间隙单元来定义船底与驳船之间的高度差，建立一维间隙单元：船体重心位置位于船台上时，在船底与驳船甲板接触的位置建立一维间隙单元；船体重心位置位于驳船上时，在船底与船台接触位置建立一维间隙单元；

间隙单元的初始间隙定义为驳船与船体之间的高度差，压缩刚度定义一个相对较大的刚度。

对整个结构施加0.8g-3.0g大小的重力加速度。

邮轮船体重心位置位于船台上时，对船台与邮轮船底接触位置以及间隙单元的底部进行刚性约束或者简支约束；邮轮船体重心位置位于驳船上时，对驳船与邮轮船底接触位置以及间隙单元的底部进行刚性约束或者简支约束。

本发明采用全程有限元模型分析准静态过程的计算方法，在驳船船底与船台不同的高度差、不同的肋位经过驳船与船台交界处时，进行全方位的结构计算分析，得出船底结构应力分布及其船台与驳船甲板高度差的极限值。本发明能精确给出在不同高度差时邮轮船体结构拉移过程中的应力分布，并确定船台与驳船平面之间高度差的极限值，为邮轮船底结构在拉移过程中的局部补强提供有力支撑，为驳船操作精度提高有力参考，从而保证邮轮船体结构在拉移过程中的安全性。

具体实施方式

下面以极地探险邮轮滑道拉移上驳下水过程船底结构强度分析为例，对本发明的方法作进一步阐述。

本计算方法采用准静态的方式模拟动态拉移过程，包括如下步骤：

S1）建立全船有限元模型。

根据邮轮的具体结构形式，从船艉至船艏建立全船结构有限元模型；模型尺寸要和实际船体结构保持一致；各层甲板、外板、横梁、纵桁、肋板等主要结构采用板单元建模；纵骨、肋骨、横梁面板、纵桁面板等采用梁单元建模；主机、螺旋桨、发电机以及其他主要设备采用质量单元建模；船底结构，包括双层底结构的有限元模型，要与实际一致，各种开孔要和真实结构相符；

S2）调整全船有限元质量分布，使质量分布与下水时的船舶重量相同，依据全船实际重量的具体分布曲线将船体结构有限元模型划分成5-300个不等的块，或者依据全船船体分段划分图将船体有限元模型划分成相同的分段；对每个有限元块或者分段模型进行重量与重心的调整，每个有限元块或者有限元分段结构与实际结构一致；保证有限元模型的重量、重心与实际结构一致，有限元模型整体重量≥实际结构重量，重心坐标误差控制在10%-0以内；质量调整时，采用分别调整每个有限元区域或者分段的材料密度、或者增加非结构质量的方法，使重量、重心满足要求上述误差要求。

S3）计算工况有限元模拟

S31）确定分析工况：选择邮轮在拉移过程中一个横剖面通过船台与驳船交界处时的结构作为一种分析对象，剖面选择应包含各剖面中相对弱小的肋位与外板型线突变的肋位，或者包含所有的肋位，共n个分析对象；对驳船与船台之间存在不同高度差都需要分析，共存在m个高度差；将单个高度差下单个分析状态作为一个分析工况，共n•m个分析工况；

S32）建立一维间隙单元：船体重心位置位于船台上时，在船底与驳船甲板接触的位置建立一维间隙单元；船体重心位置位于驳船上时，在船底与船台接触位置建立一维间隙单元；间隙单元的初始间隙定义为驳船与船台之间的高度差，压缩刚度定义一个相对较大的刚度；

S33）对整个结构施加重力加速度，重力加速度的数据大小为0.8g -3.0g。

S34）邮轮船体重心位置位于船台上时，对船台与邮轮船底接触位置以及间隙单元的底部进行刚性约束或者简支约束；邮轮船体重心位置位于驳船上时，对驳船与邮轮船底接触位置以及间隙单元的底部进行刚性约束或者简支约束。

S4）邮轮船底结构强度分析：

对n•m个分析工况的有限元模型进行计算求解，得出船底结构应力分布情况。并根据所有计算结果，确定船底结构的强度，找出船底结构强度不足的区域；并确定驳船与船台结构之间的最大高度差。

采用实施例的方法可精确计算出在不同高度差时极地探险邮轮船体结构拉移过程中的应力分布，并确定船台与驳船平面之间高度差的极限值。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种中小邮轮滑道滑移上驳下水船底结构强度的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1）建立全船三维有限元模型；

S2）调整全船有限元质量分布，使质量分布与下水时的船舶重量相同；

S3）选取分析对象，建立分析模型；

包括：选取邮轮在拉移过程中剖面相对弱小与外板型线突变的位置通过船台与驳船交界处时的船底结构，作为分析对象，共n个分析对象；

将驳船与船台之间不同高度差列入分析，共存在m个高度差；

将单个高度差下单个分析对象作为一个分析工况，共n•m个分析工况；

通过间隙单元来定义船底与驳船之间的高度差，并施加重力加速度以及边界条件，建立分析模型；

S4）求解n•m个分析工况，确认船底结构局部强度，得出船底结构应力分布，找出结构最弱部位，并确定船台与驳船甲板之间的高度差是否满足强度计算要求，并确定驳船与船台平面之间的最大高度差。

2.根据权利要求1所述的一种中小邮轮滑道滑移上驳下水船底结构强度的计算方法，其特征在于，所述S1）中，根据邮轮的具体结构形式，从船艉至船艏建立全船结构有限元模型；模型尺寸和实际船体结构保持一致；船底结构，包括双层底结构的有限元模型与实际一致，各种开孔与真实结构相符。

3.根据权利要求1所述的一种中小邮轮滑道滑移上驳下水船底结构强度的计算方法，其特征在于，所述S1）中，对主要结构，包括各层甲板、外板、横梁、纵桁、肋板，采用板单元建模；对纵骨、肋骨、横梁面板、纵桁面板采用梁单元建模；对装置设备，包括主机、螺旋桨、发电机采用质量单元建模。

4.根据权利要求1所述的一种中小邮轮滑道滑移上驳下水船底结构强度的计算方法，其特征在于，所述S2）中，依据全船实际重量的具体分布曲线将船体结构有限元模型划分成5-300个不等的块，或者依据全船船体分段划分图将船体有限元模型划分成相同的分段；对每个有限元块或者分段模型进行重量与重心的调整，每个有限元块或者有限元分段结构与实际结构一致；保证有限元模型的重量、重心与实际结构一致，有限元模型整体重量≥实际结构重量。

5.根据权利要求4所述的一种中小邮轮滑道滑移上驳下水船底结构强度的计算方法，其特征在于，重心坐标误差控制在10%-0；质量调整时，采用分别调整每个有限元块或者分段的材料密度、或者增加非结构质量的方法，使重量、重心满足要求误差要求。

6.根据权利要求1所述一种中小邮轮滑道滑移上驳下水船底结构强度的计算方法，其特征在于，所述S3）中，选择邮轮在拉移过程中每个横剖面通过船台与驳船交界处时的结构作为一种分析对象，剖面选择包含各剖面中相对弱小的肋位与外板型线突变的肋位，或者包含所有的肋位，共n个分析对象。

7.根据权利要求1所述一种中小邮轮滑道滑移上驳下水船底结构强度的计算方法，其特征在于，所述S3）中，通过间隙单元来定义船底与驳船之间的高度差，建立一维间隙单元：船体重心位置位于船台上时，在船底与驳船甲板接触的位置建立一维间隙单元；船体重心位置位于驳船上时，在船底与船台接触位置建立一维间隙单元；

间隙单元的初始间隙定义为驳船与船体之间的高度差，压缩刚度定义一个相对较大的刚度。

8.根据权利要求1所述一种中小邮轮滑道滑移上驳下水船底结构强度的计算方法，其特征在于，所述S3）中，对整个结构施加0.8g-3.0g大小的重力加速度。

9.根据权利要求7所述一种中小邮轮滑道滑移上驳下水船底结构强度的计算方法，其特征在于，所述S3）中，邮轮船体重心位置位于船台上时，对船台与邮轮船底接触位置以及间隙单元的底部进行刚性约束或者简支约束；邮轮船体重心位置位于驳船上时，对驳船与邮轮船底接触位置以及间隙单元的底部进行刚性约束或者简支约束。