CN111563286B - 一种船舶坞墩支反力的计算方法 - Google Patents
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Abstract
一种船舶坞墩支反力的计算方法，根据船厂实际的坞墩布置情况，画出坞墩的布墩图；之后计算出船舶在不同吃水时艉鳍区、中部区和艏部区中每个特征搁墩点的支反力，从而得到所有坞墩的总支反力及最艉部坞墩的支反力；如果在吃水不同的情况下出现最艉部单个坞墩的平均支反力大于每个坞墩允许使用的最大支反力时，则调整最艉部坞墩的数量和坞墩距离，重新计算支反力，直至当最艉部单个坞墩的平均支反力为0时，则绘制出船舶在坞内起浮全过程中所有坞墩的总支反力变化情况的曲线以及最艉部单排坞墩的支反力变化情况的曲线。该方法中利用实际船体的柔性使计算出的支反力比传统方法中直接利用理想刚性梁特性计算出的支反力更加接近实际，该结果更加真实。
Description
技术领域
本发明涉及船舶领域，特别涉及一种船舶坞墩支反力的计算方法。
背景技术
船舶在坞内停放时都是以坞墩为支撑体，为了避免船舶在坞内起浮或落墩时船体和坞墩接触处的应力过大造成船体结构的损伤或事故，因此需要对坞内起浮及坞墩支反力进行计算，对坞墩进行合理调整布置从而能有效避免出现事故。传统坞墩支反力是按照恒定吃水下的静水数据来计算，且支反力集中到最后一排坞墩上，很明显坞墩是很难承受的，另外，起浮点即艏部开始起浮的瞬间吃水不是全浮时的艏吃水，因此在起浮过程中的坞墩支反力变化情况不明朗。
为了解决现有的坞墩支反力计算问题，有申请号为CN201510653726.X(公布号为CN105279322A)的中国发明专利公开了一种出坞船舶艉部坞墩支反力的计算方法，其包括如下步骤：(1)按照船艏上浮前、船艏上浮、船艉上浮三个阶段，对出坞起浮船舶进行受力分析，建立数学模型，定量分析艉部坞墩支反力随外部吃水变化的基本规律；(2)确定影响艉部坞墩支反力的影响因素，分析得出各影响因素的影响程度：艉倾角＞纵稳性高＞排水量＞漂心位置；(3)计算艉部坞墩支反力的最大值，并校核计算结果的正确性；(4)绘制拟合曲线，得到船舶出坞起浮全过程艉部坞墩支反力的变化情况。所述计算方法不仅可计算艉部坞墩支反力的最大值，还可以计算出坞起浮全过程的艉部坞墩支反力，做出艉部坞墩支反力随吃水变化的拟合曲线，作为安全生产的技术依据。但该方法中是在船体梁为理想刚性前提下，根据力矩平衡方法来进行坞墩受力分析，存在求解过程太粗，不直观的问题。
另有申请号为CN201610806887.2(授权公布号为CN106372345B)的中国发明专利公开了一种船舶坞墩的受力分析方法及装置，该方法包括：对船舶坞墩进行立体建模；对船舶坞墩的立体模型进行离散化，以生成立体模型的各个单元；根据坞墩在三维空间中的应变，建立所述单元的刚度方程；求解刚度方程，并根据刚度方程的求解结果，计算船舶坞墩的受力情况。该发明实施例提供的船舶坞墩的受力分析方法及装置提高了对船舶坞墩的受力分析结果的准确性。但该方法中使用有限元计算的方向来进行坞墩受力分析，存在建模复杂需要时间比较长的问题，对于一些船舶的特征值如漂心位置/稳性高等不能很好的求解。因此需要进一步改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种计算方便且能计算根据计算结果对坞墩进行重新布置的船舶坞墩支反力的计算方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种船舶坞墩支反力的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、根据船厂实际的坞墩布置情况，画出坞墩的布墩图；
步骤2、根据船舶的特点将坞墩的分布分成三个区：艉鳍区、中部区和艏部区，其中，艉鳍区、中部区和艏部区中分别设置有多个特征搁墩点，且在布墩图中最艉部设置了N个坞墩，N为正整数；
步骤3、根据船厂坞墩的实际尺寸，确定每个坞墩允许使用的最大支反力；
步骤4、设定k＝1，在船舶吃水为(k-1)a，即船舶吃水为0时，根据船体刚性梁的柔性计算出步骤2中每个特征搁墩点的支反力，并根据每个特征搁墩点的支反力计算出所有坞墩的总支反力及最艉部N个坞墩的支反力，另外计算出最艉部单个坞墩的平均支反力；其中，k为次数，a为预设的常数；
步骤5、判断最艉部单个坞墩的平均支反力是否为0，如是，则转入步骤8；如否，则转入步骤6；
步骤6、判断最艉部单个坞墩的平均支反力是否小于步骤3中每个坞墩允许使用的最大支反力，如是，则转入步骤7；如否，则调整最艉部坞墩的数量和坞墩距离，并转入步骤4，计算出坞墩调整后的支反力情况；
步骤7、使k＝k+1，在船舶吃水为(k-1)a，根据船体刚性梁的柔性计算出步骤2中每个特征搁墩点的支反力，并计算出所有坞墩的总支反力及最艉部N个坞墩的支反力，另外计算出最艉部单个坞墩的平均支反力，并转入步骤5；
步骤8、绘制出船舶在坞内起浮全过程中所有坞墩的总支反力变化情况的曲线以及最艉部单排坞墩的支反力变化情况的曲线。
在本方案中，所述步骤1中的坞墩为砼木组合坞墩或钢木组合坞墩。
所述步骤4中a的取值范围为：0.2～0.4。
作为优选，所述步骤4和和步骤7中计算每个特征搁墩点的支反力的方法为：使用GHS软件的GROUND命令来求解每个特征搁墩点的支反力。
与现有技术相比，本发明的优点在于：根据船体刚性梁的柔性计算出船舶不同吃水情况下对应的所有坞墩总支反力及最艉部坞墩的支反力，并绘制出船舶在坞内起浮全过程中所有坞墩的总支反力变化情况的曲线以及最艉部单排坞墩的支反力变化情况的曲线，因此能方便船厂及时了解坞墩的受力情况，并对坞墩布置不合理的情况进行重新布置，从而能有效避免船舶在进出坞过程中易出现的坞墩受力过大而危害船舶安全事故的情况，对船厂有实际的指导意义。且由于该方法中利用实际船体的柔性，从而使通过该方法计算出的支反力比传统方法中直接利用理想刚性梁特性计算出的支反力更加接近实际，该结果更加真实。
附图说明
图1为本发明实施例中绘制出船舶在不同吃水下的所有坞墩总支反力变化曲线；
图2为本发明实施例中绘制出的船舶在不同吃水下最艉部单排坞墩的支反力变化曲线。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
一种船舶坞墩支反力的计算方法，包括以下步骤：
步骤1、根据船厂实际的坞墩布置情况，画出坞墩的布墩图；本实施例中，坞墩为砼木组合坞墩或钢木组合坞墩；
步骤2、根据船舶的特点将坞墩的分布分成三个区：艉鳍区、中部区和艏部区，其中，艉鳍区、中部区和艏部区中分别设置有多个特征搁墩点，且在布墩图中最艉部设置了N个坞墩，N为正整数；本实施例中，艉鳍区、中部区和艏部区中分布的一个特征搁墩点即对应为一排坞墩；在布墩图中最艉部设置了N个坞墩，N为正整数；本实施例中，N＝3；
步骤3、根据船厂坞墩的实际尺寸，确定每个坞墩允许使用的最大支反力；本实施例中，在实际使用过程中，确定了坞墩允许使用的最大的支反力为144吨；
步骤4、设定k＝1，在船舶吃水为(k-1)a，即船舶吃水为0时，根据船体刚性梁的柔性计算出步骤2中每个特征搁墩点的支反力，并根据每个特征搁墩点的支反力计算出所有坞墩的总支反力及最艉部N个坞墩的支反力，另外计算出最艉部单个坞墩的平均支反力；其中，k为次数，a为预设的常数；a的取值范围为：0.2～0.4；
其中，实际船厂可以利用船舶的搁浅功能来求坞内起浮或落墩时坞墩支反力计算，本实施例中，每个特征搁墩点的支反力的计算方法为：使用GHS软件的GROUND命令来求解每个坞墩的支反力；通过GHS软件的GROUND命令来求解为实际船厂使用的其中一个方法；其中，将船体刚性梁的柔性增加到GHS软件的GROUND命令，从而使通过上述命令计算出的坞墩支反力更加合理。
命令格式为：
GROUND"description",b,lcb,tcb,vcb[/PENetration:dd0[,ddm]][/LINEAR]
[/NOTE:"note"][/ACCESS][/NOWARN]
参数说明：
"description"：最多为25个字符(如果多于一个单词必须用引号引起)。
b：在某搁坐点的搁坐力，单位为当前重量单位(参看命令UNITS)。如果需要根据穿透深度计算此力，可以使用星号*代替。
lcb,tcb,vcb：搁坐点相对于原点在纵向，横向和垂向的坐标位置，单位为当前长度单位。一般情况下此搁坐点位于船体表面，但是具体位置没有限制。
dd0：表示搁坐点穿透水底的深度。如果搁坐点位于地面之上，dd0是负的。如果省略此参数，dd0默认为给定的搁坐力b所需达到的深度。
ddm：最大穿透深度，此时搁坐点的搁坐力等于船舶的整个重量。即为船舶的整个重量(不包含任何的舱室载荷)都被搁坐点支撑，那么此时的穿透深度为最大穿透深度。默认ddm为船总长的0.2％。如果省略参数ddm，而dd0和b都出现且为正，则ddm的值将和它们保持一致；
通过对上述方法得到的每个特征搁墩点的支反力进行累加，则累加后得到的支反力为所有坞墩的总支反力；并且最艉部对应的特征搁墩点的支反力即为最艉部N个坞墩的支反力；
另外，最艉部单个坞墩的平均支反力的计算公式为：
其中，
为最艉部单个坞墩的支反力，R为最艉部坞墩的总支反力；
步骤5、判断最艉部单个坞墩的平均支反力是否为0，如是，则转入步骤8；如否，则转入步骤6；
步骤6、判断最艉部单个坞墩的平均支反力是否小于步骤3中每个坞墩允许使用的最大支反力，如是，则转入步骤7；如否，则调整最艉部坞墩的数量和坞墩距离，并转入步骤4，计算出坞墩调整后的支反力情况；
其中，调整的方法为增加坞墩的数量，并通过设置坞墩之间合适的距离，从而能有效避免船舶在坞内起浮时由于坞墩支反力不够对船舶造成的安全影响，同时也能有效避免坞墩被压裂和破损；
步骤7、使k＝k+1，在船舶吃水为(k-1)a，根据船体刚性梁的柔性计算出步骤2中每个特征搁墩点的支反力，并计算出所有坞墩的总支反力及最艉部N个坞墩的支反力，另外计算出最艉部单个坞墩的平均支反力，并转入步骤5；
步骤8、绘制出船舶在坞内起浮全过程中所有坞墩的总支反力变化情况的曲线以及最艉部单排坞墩的支反力变化情况的曲线。
本实施例中，如图1和图2所示，为对实际船厂设置的坞墩及船舶进行坞墩支反力计算后得到的总支反力和最艉部单排坞墩的支反力变化特点，其中，图2中标注的第一个点为船舶在吃水为3.148m时，船舶刚好为艏浮开始时，此时最艉部单排坞墩的支反力为235.31t，第二个点为为船舶在吃水为3.456m时，船舶为艏浮过程中，此时最艉部单排坞墩的支反力为323.04t，且根据这两个标注点可以看出艏浮过程中最艉部单排坞墩承载的力比艏浮开始时的支撑力要大，这个是传统坞墩支反力的计算中没有出现的一个特点。传统坞墩支反力的计算都是在把船体看成理想刚性梁的前提下完成的，这是为了简化支反力计算和受计算方法的限制下的解决方法，但实际的船体的刚性梁是具有一定的柔性，一般情况下的柔性可以达到1/800，这样在船舶起浮的瞬间就不只是仅有一个点接触坞墩而是多点接触，从而可以把最艉部的坞墩受力降低下来。
本发明中利用船体是具有一定柔性的刚性梁，求解船舶在不同吃水下的支反力，绘制出所有坞墩总的支反力和特定坞墩处的支反力变化曲线，特别是找到船舶在坞内起浮时最艉部单排坞墩的支反力变化特点，从而使通过该方法计算出的支反力比传统方法中直接利用理想刚性梁特性计算出的支反力更加接近实际，该结果更加真实。
另外，在最合适的布墩图中需要船舶在坞内的整个过程中最艉部单个坞墩的支反力均需要小于每个坞墩允许使用的最大支反力，此时船厂的布置的坞墩就不会出现安全事故，因此船舶在坞内起浮全过程中所有坞墩的总支反力变化情况的拟合曲线以及最艉部单排坞墩的支反力变化情况对船厂有实际的指导作用；根据对最艉部单个坞墩的支反力的分析调整船厂实际坞墩的布置，并根据迭代的方法对坞墩布置不合理的情况进行调整，该方法能有效规划出满足船舶进坞落墩和起浮出坞过程中支反力的坞墩布置情况，且有效避免由于坞墩支撑力不够导致的被压裂和破损以及对船舶会造成很大安全影响的事故。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种船舶坞墩支反力的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、根据船厂实际的坞墩布置情况，画出坞墩的布墩图；
步骤2、根据船舶的特点将坞墩的分布分成三个区：艉鳍区、中部区和艏部区，其中，艉鳍区、中部区和艏部区中分别设置有多个特征搁墩点，且在布墩图中最艉部设置了N个坞墩，N为正整数；
步骤3、根据船厂坞墩的实际尺寸，确定每个坞墩允许使用的最大支反力；
步骤4、设定k＝1，在船舶吃水为(k-1)a，即船舶吃水为0时，根据船体刚性梁的柔性计算出步骤2中每个特征搁墩点的支反力，并根据每个特征搁墩点的支反力计算出所有坞墩的总支反力及最艉部N个坞墩的支反力，另外计算出最艉部单个坞墩的平均支反力；其中，k为次数，a为预设的常数，a的取值范围为：0.2～0.4；
步骤5、判断最艉部单个坞墩的平均支反力是否为0，如是，则转入步骤8；如否，则转入步骤6；
步骤6、判断最艉部单个坞墩的平均支反力是否小于步骤3中每个坞墩允许使用的最大支反力，如是，则转入步骤7；如否，则调整最艉部坞墩的数量和坞墩距离，并转入步骤4，计算出坞墩调整后的支反力情况；
步骤7、使k＝k+1，在船舶吃水为(k-1)a，根据船体刚性梁的柔性计算出步骤2中每个特征搁墩点的支反力，并计算出所有坞墩的总支反力及最艉部N个坞墩的支反力，另外计算出最艉部单个坞墩的平均支反力，并转入步骤5；
步骤8、绘制出船舶在坞内起浮全过程中所有坞墩的总支反力变化情况的曲线以及最艉部单排坞墩的支反力变化情况的曲线。
2.根据权利要求1所述的船舶坞墩支反力的计算方法，其特征在于：所述步骤1中的坞墩为砼木组合坞墩或钢木组合坞墩。
3.根据权利要求1所述的船舶坞墩支反力的计算方法，其特征在于：所述步骤4和步骤7中计算每个特征搁墩点的支反力的方法为：使用GHS软件的GROUND命令来求解每个特征搁墩点的支反力。
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