CN111639396A

CN111639396A - 一种基于Excel的船舶装载计算方法

Info

Publication number: CN111639396A
Application number: CN202010471680.0A
Authority: CN
Inventors: 束方银; 张冠东; 陈剑; 常月军; 严金灿
Original assignee: Jiangsu New Yangzi Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Jiangsu New Yangzi Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2020-05-29
Filing date: 2020-05-29
Publication date: 2020-09-08
Anticipated expiration: 2040-05-29
Also published as: CN111639396B

Abstract

本发明涉及的一种基于Excel的船舶装载计算方法，基本公式为F=W‑B、M=∫F*d(x)，它包括以下内容：a计算剪力，公式：剪力F=W‑B；a1计算船舶重量W：a2计算船舶浮力B：a2.1计算吃水，参考公式：D首=D平浮+δ首，D尾=D平浮+δ尾；a2.2通过步骤a2.1计算出的最终吃水计算体积即浮力；a3通过F=W‑B得出各个肋位站号处的剪力；b计算弯矩，公式：M=∫F*d(x)；c设置参数：水域的密度、舱室液体密度、不同工况下剪力许用值、不同工况下弯矩许用值；d配载及自动计算，配载包括压载舱室的配载和其他舱室的配载；然后编制函数生成静水力数据；最后一键自动计算。本发明保证船舶强度不超许用值，确保船舶安全航行，节约软件和时间成本，大大提升效率。

Description

一种基于Excel的船舶装载计算方法

技术领域

本发明涉及软件开发类技术领域，尤其涉及一种基于Excel的船舶装载计算方法。

背景技术

船舶在建造出坞下水及试航过程中均需要对船舶进行配载以达到需要的吃水和排水量，且保证船舶强度不超许用值，确保船舶安全航行。

船舶在漂浮出坞和试航过程中都是借助设计院的专业NAPA软件进行配载. 试航中需要通过装载计算机厂家提供的装载计算机软件来配载（软件是基于根据装载手册完成）。以上两个软件价格昂贵，成本高，且在试航期间装载计算机软件厂家不提供给船厂。试航前让设计院用NAPA预先配好的工况往往不能满足实际的需要，实际的配载会随着时间变化而变化，就需要重新配载，尤其是大型油船，降低了装载效率，增加了成本。

Excel里的VBA是Visual Basic的一种宏语言。VBA是微软开发出来在其桌面应用程序中执行通用的自动化(OLE)任务的编程语言，主要能用来扩展Windows的应用程序功能，特别是Microsoft Office软件，是一种应用程式视觉化的Basic 脚本。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，基于Excel中的函数功能和VBA代码，结合积分和迭代计算来确定船舶的弯矩、剪力、吃水等主要特征数据，节约软件和时间成本，独立自主完成船舶配载需求，保证船舶安全。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于Excel的船舶装载计算方法，基本公式为F=W-B、M=∫F*d(x)，其中F为剪力， W为船舶重量，B为浮力，M为弯矩；其特征在于，它包括以下内容：

a、计算剪力，公式：剪力F=W-B；

a1、计算船舶重量W：

船舶重量W分空船重量和舱室的装载带来的重量两部分计算；空船重量及沿船长方向的分布根据装载手册编制；装载带来的重量通过测深表得出，将空船重量和装载重量合并即可得到船舶的重量W；

a2、计算船舶浮力B：

a2.1、计算吃水，参考公式：D首=D平浮+δ首，D尾=D平浮+δ尾；

a2.2通过步骤a2.1计算出的最终吃水计算体积即浮力；

a3、上述步骤将每个肋位站号处对应的船舶重量W和船舶浮力B分别计算得出，通过F=W-B可以得出各个肋位站号处的剪力；

b、计算弯矩，公式：M=∫F*d(x)；

c、设置参数：水域的密度、舱室液体密度、不同工况下剪力许用值、不同工况下弯矩许用值；

d、配载及自动计算，配载包括压载舱室的配载和其他舱室的配载；然后编制函数，生成静水力数据；最后一键自动计算。

进一步地，步骤a1中计算装载重量需要编制函数生成不同装载情况下所对应的重量和重心。

进一步地，步骤a2.1中先编制函数根据船舶重量和静水力表得出平浮吃水D平浮；然后求吃水差t，最后分配到首部和尾部；公式为δ首=t-δ尾，δ尾= f*t/L，f为漂心，L为首尾垂线间长；t=M/MCT，M为纵倾力矩，MCT为每厘米纵倾力矩。

进一步地，M的计算公式为M=W*（Xg-Xb），Xg为船舶重心纵向坐标，Xb为船舶浮心纵向坐标。

进一步地，步骤a2.2中先通过吃水求各肋位站号的水线以下面积；然后将前述数据通过EXCEL中函数功能得到对应的函数方程并通过VBA代码得到函数系数并自动分配相应指定单元格；

然后将前述结果进行积分计算，得到最终的体积，包括船尾到各个肋位站号的体积；从船尾向船首积分。

进一步地，步骤b还包括：

b1、求剪力F的方程；

通过重量W函数和浮力函数相减得到剪力方程，为保证精度，此方程为区间函数，即将浮力和重量函数按相同的区间进行计算；

b2、由步骤b1中的到重量与浮力的区间分段函数，可以沿船长进行积分计算，得到各个位置的弯矩数值。

进一步地，步骤c中设置水域的密度时编制INDEX函数和控件选择密度，设置不同工况下剪力许用值和不同工况下弯矩许用值时编制INDEX函数和控件选择工况。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明基于Excel软件研发了一种一键自动计算出船舶的吃水、浮力、剪力、弯矩等主要特征数据，数据可以实时更新，保证船舶强度不超许用值，确保船舶安全航行，不再必须依赖专业软件和装载计算机厂家，独立自主完成船舶配载需求，节约软件和时间成本，大大提升效率。

附图说明

图1为本发明的一键计算流程图。

图2为本发明的计算浮力流程图。

具体实施方式

为更好地理解本发明的技术方案，以下将结合相关图示作详细说明。应理解，以下具体实施例并非用以限制本发明的技术方案的具体实施态样，其仅为本发明技术方案可采用的实施态样。需先说明，本文关于各组件位置关系的表述，如A部件位于B部件上方，其系基于图示中各组件相对位置的表述，并非用以限制各组件的实际位置关系。

实施例1：

参见图1，本发明涉及的一种基于Excel的船舶装载计算方法，基本公式为F=W-B、M=∫F*d(x)（其中：F剪力 W船舶重量B浮力M弯矩）具体方法步骤如下：

第一部分、计算剪力，根据剪力F=W-B，就需要知道W船舶重量和B船舶所受浮力；

1.1、计算船舶重量W：

船舶重量W可以分为两大部分进行计算，第一部分为空船重量，第二部分为舱室的装载带来的重量；

空船重量及沿船长方向的分布根据装载手册编制；装载带来的重量可以通过测深表得出，此步骤需要编制函数(offset\trend\match\)生成不同装载情况下所对应的重量和重心；将空船重量和装载重量合并即可得到船舶的重量W；

1.2、计算船舶浮力B，计算流程参见图2：

1.2.1、计算吃水，参考公式：D首=D平浮+δ首D尾=D平浮+δ尾

（1）编制函数根据船舶重量和静水力表得出平浮吃水D平浮；

（2）求吃水差t，最后分配到首部和尾部；δ首=t-δ尾, δ尾= f*t/L(f漂心，L首尾垂线间长)；

t=M/MCT（M纵倾力矩，MCT每厘米纵倾力矩）；

M的计算为：M=W*（ Xg-Xb）（Xg为船舶重心纵向坐标，Xb为船舶浮心纵向坐标）；

在大量装载情况下，MCT会随着装载的情况而不断变化，且变化较大，如果还是一直利用初始不变的MCT计算会产生很大的误差，漂心也会同样变化较大，对首尾的吃水差的分配也很大影响，最终导致弯矩剪力误差很大；因此在大纵倾情况下需要逐步分步逼近计算，最终调整吃水差精度，确保船舶达到平衡状态；

纵倾状态下平衡为W=B，t/L=tanθ=(Xg-Xb)/(Zg-Zb),（Xg为船舶重心纵向坐标；Zg为船舶重心纵向坐标；Xb为船舶浮心纵向坐标；Zb为船舶浮心垂向坐标）。如第i次t(i)-t(i-1)精度达到要求即可停止，即为平衡状态；

精度范围可以调整，表格里设置控件方便快速的观察；

1.2.2通过步骤1.2.1计算出的最终吃水计算体积即浮力；

（1）通过吃水求各肋位站号的水线以下面积；

（2）将（1）中的数据通过EXCEL中函数功能得到对应的函数方程（保证精度应用6次项方程）并通过VBA代码得到函数系数并自动分配相应指定单元格；

（3）将（2）中的结果进行积分计算，得到最终的体积，包括船尾到各个肋位站号的体积；（从船尾向船首积分）

1.3、至此每个肋位站号处对应的船舶重量W和船舶浮力B已经分别计算得出，通过F=W-B可以得出各个肋位站号处的剪力。

第二部分、计算弯矩，弯矩的计算基本思路：M=∫F*d(x) （F为剪力；M为弯矩）；

2.1、求剪力F的方程；

2.2、由步骤2.1中的到重量与浮力的区间分段函数，可以沿船长进行积分计算，得到各个位置的弯矩数值。

第三部分、设置参数；

参数设置包括以下几方面：

3.1、水域的密度（编制INDEX函数和控件选择密度）；

3.2、舱室液体密度；

3.3、不同工况下剪力许用值（编制INDEX函数和控件选择工况）；

3.4、不同工况下弯矩许用值（编制INDEX函数和控件选择工况）。

第四部分、配载及自动计算；

4.1、此处的配载是得到吃水、剪力及弯矩的第一步，分为两个方面：第一方面是压载舱室的配载，第二方面是其他舱室的配载；

4.2、为方便查看船舶的舱室位置及配载的情况，编制舱室的分布图，可以快速准备查看船舶的配载并结合当前弯矩剪力情况进行有针对性的调整；

4.3、编制函数，生成静水力数据；

4.4、一键自动计算。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims

1.一种基于Excel的船舶装载计算方法，基本公式为F=W-B、M=∫F*d(x)，其中F为剪力，W为船舶重量，B为浮力，M为弯矩；其特征在于，它包括以下内容：

a、计算剪力，公式：剪力F=W-B；

a1、计算船舶重量W：

a2、计算船舶浮力B：

a2.1、计算吃水，参考公式：D首=D平浮+δ首，D尾=D平浮+δ尾；

a2.2、通过步骤a2.1计算出的最终吃水计算体积即浮力B；

a3、上述步骤将每个肋位站号处对应的船舶重量W和船舶浮力B分别计算得出，通过F=W-B得出各个肋位站号处的剪力；

b、计算弯矩，公式：M=∫F*d(x)；

2.根据权利要求1所述的一种基于Excel的船舶装载计算方法，其特征在于：步骤a1中计算装载重量需要编制函数生成不同装载情况下所对应的重量和重心。

3.根据权利要求1所述的一种基于Excel的船舶装载计算方法，其特征在于：步骤a2.1中先编制函数根据船舶重量和静水力表得出平浮吃水D平浮；然后求吃水差t，最后分配到首部和尾部；公式为δ首=t-δ尾，δ尾= f*t/L，f为漂心，L为首尾垂线间长；t=M/MCT，M为纵倾力矩，MCT为每厘米纵倾力矩。

4.根据权利要求3所述的一种基于Excel的船舶装载计算方法，其特征在于：M的计算公式为M=W*（Xg-Xb），Xg为船舶重心纵向坐标，Xb为船舶浮心纵向坐标。

5.根据权利要求1所述的一种基于Excel的船舶装载计算方法，其特征在于：步骤a2.2中先通过吃水求各肋位站号的水线以下面积；然后将前述数据通过EXCEL中函数功能得到对应的函数方程并通过VBA代码得到函数系数并自动分配相应指定单元格；

6.根据权利要求1所述的一种基于Excel的船舶装载计算方法，其特征在于：步骤b还包括：

b1、求剪力F的方程；

7.根据权利要求1所述的一种基于Excel的船舶装载计算方法，其特征在于：步骤c中设置水域的密度时编制INDEX函数和控件选择密度，设置不同工况下剪力许用值和不同工况下弯矩许用值时编制INDEX函数和控件选择工况。