CN111881512A - 一种减少船舶下水过程变形的船舶设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及船舶设计和制造技术领域，具公开了一种减少船舶下水过程变形的船舶设计方法，包括在船舶的设计阶段对设计船舶采用的如下设计步骤：(1)船舶初步设计，(2)船舶重量确定，(3)船舶有限元模型建立，(4)有限元分析，(5)船舶改进设计，(6)重新进行有限元分析，(7)循环改进设计；其中，所述步骤(7的)循环改进设计中，重复步骤(5)和(6)反复对设计船舶变形量大的区域进行结构的加强设计，当船舶变形量大的区域的变形量小于设计的预定值时，循环改进设计完成，得到设计船舶CAD最终模型。本发明克服了现有技术中因船舶下水过程中变形过大而需要船舶二次进坞矫正的弊端，进而降低了船舶制造成本、缩短了船舶制造周期。
Description
技术领域
本发明涉及船舶设计和制造技术领域，具体涉及一种减少船舶下水过程变形的船舶设计方法。
背景技术
船舶下水是船舶建造过程中的重要环节。典型的船舶下水方法是采用重力式纵向船台下水，利用船舶依靠自身的重力在倾斜滑道上产生的下滑力，克服倾斜滑道的摩擦阻力而向下滑入水中而实现船舶下水。
现有技术中船舶下水过程会产生如下问题：
由于船舶下水过程中各阶段的受力变化，会使船舶产生变形，如变形较大大，需二次进坞进行矫正，这样浪费了大量的人力物力，消耗了大量时间。
因此，有必要提出一种新的技术方案来克服船舶下水过程中所产生的上述弊端。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种减少船舶下水过程变形的船舶设计方法，旨在克服现有技术中因船舶下水过程中变形过大而需要船舶二次进坞矫正的弊端，进而降低船舶制造成本、缩短船舶制造周期。具体的技术方案如下：
一种减少船舶下水过程变形的船舶设计方法，包括在船舶的设计阶段对设计船舶采用的如下设计步骤：
(1)船舶的初步设计：根据用户所提出的技术条件，采用三维CAD软件进行船舶的初步设计，并形成设计船舶的CAD初始模型；
(2)船舶重量的确定：根据设计船舶的CAD初始模型，采用三维CAD软件计算出设计船舶的重量；
(3)船舶有限元模型的建立：根据设计船舶的CAD初始模型，采用有限元分析软件，建立设计船舶的有限元模型；
(4)有限元分析：采用有限元分析软件，计算出设计船舶变形量最大的区域；
(5)船舶的改进设计：针对设计船舶变形量大的区域进行结构的加强设计，并形成新的设计船舶CAD改进模型；
(6)重新进行有限元分析：根据设计船舶CAD改进模型，重新进行有限元分析，计算出设计船舶变形量大的区域；
(7)循环改进设计：重复步骤(5)和(6)反复对设计船舶变形量大的区域进行结构的加强设计，当船舶变形量大的区域的变形量小于设计的预定值时，循环改进设计完成，得到设计船舶CAD最终模型。
其中，在所述步骤(4)的有限元分析中，还根据预先获取的设计船舶下水现场的下水滑道数据，作为有限元分析中的一个外力加载条件；所述下水滑道数据包括下水滑道上各处的滑道倾斜角度数据，以及下水滑道上对应的滑道倾斜角度处的设计船舶滑道振动频率数据。
其中，所述船舶下水现场的下水滑道数据中的滑道倾斜角度数据通过如下方法预先获取：先在下水滑道上沿着滑道的长度方向按照间隔布置的原则标记出若干数量的位置标定点，采用水平倾角传感器检测出各位置标定点处的滑道倾斜角度数据并作好记录。
本发明中，所述船舶下水现场的下水滑道数据中的设计船舶滑道振动频率数据通过如下方法预先获取：预先在船舶的下水滑道下面设置振动传感器阵列，所述振动传感器阵列中的各振动传感器对应安装在所述各位置标定点处；选取待下水的在建船舶，所述在建船舶下水时，利用预先设置在下水滑道上的振动传感器阵列获取各处的在建船舶滑道振动频率数据并作好记录；取在建船舶滑道振动频率数据作为参考数据，从而得到所述设计船舶滑道振动频率数据。
作为本发明的进一步改进，所述振动传感器阵列还设置在船舶下水滑板上，船舶下水过程中通过设置在船舶下水滑板上的振动传感器获取各位置标定点处的下水滑板振动频率数据，取下水滑板振动频率数据代替所述在建船舶滑道振动频率数据作为参考数据，从而得到所述设计船舶滑道振动频率数据。
作为本发明的进一步优化，考虑设计船舶与在建船舶重量的不同而引入重量修正系数，取在建船舶滑道振动频率数据乘以所述重量修正系数后得到所述设计船舶滑道振动频率数据，或者取下水滑板振动频率乘以所述重量修正系数后得到所述设计船舶滑道振动频率数据。
作为本发明的进一步改进是：选取两艘待下水的在建船舶进行所述设计船舶滑道振动频率数据的获取，且所述的两艘待下水的在建船舶的重量不相等，其中的一艘在建船舶的重量大于设计船舶的重量，其中的另一艘在建船舶的重量小于设计船舶的重量；所述设计船舶的滑道振动频率在两艘在建船舶的滑道振动频率之间折衷选取，或者在两艘在建船舶的下水滑板振动频率之间折衷选取。
本发明中，所述振动传感器阵列中的振动传感器为惯性式振动传感器或电动式振动传感器。
优选的，所述设计船舶为木屑船，所述木屑船包括首部、中间部和尾部，所述木屑船的首部设置有作为首部砰击区的双层底，所述木屑船中间部设置有风暴压载舱和若干数量的载货舱，所述载货舱包括舱内设置有纵桁的载货舱和舱内设置有纵骨的载货舱；所述步骤(3)的船舶有限元模型的建立过程中，直接以舱内设置有纵骨的载货舱部分建立设计船舶的局部有限元模型，并在所述设计船舶的局部有限元模型范围内进行后续的步骤(4)至(7)的设计船舶的局部改进。
其中，所述(5)船舶的改进设计过程中，针对设计船舶变形量大的区域进行结构的加强设计方法为增加船底支撑面积。
本发明的有益效果是：
第一，本发明的一种减少船舶下水过程变形的船舶设计方法，通过改进的有限元设计方法，最大限度的减少了船舶下水过程中的变形避免了船舶的二次进坞矫正，由此降低船舶制造成本和制造周期。
第二，本发明的一种减少船舶下水过程变形的船舶设计方法，将预先获取的设计船舶下水现场的下水滑道数据引入到有限元分析模型中，从而进一步提高了有限元分析的准确性，由此减少了因有限元分析误差所导致的船舶二次进坞矫正的风险。
第三，本发明的一种减少船舶下水过程变形的船舶设计方法，木屑船的设计中结合了木屑船的结构特点进行优化设计，从而简化了有限元分析模型，由此大幅度缩短了船舶设计的周期。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：
一种减少船舶下水过程变形的船舶设计方法，包括在船舶的设计阶段对设计船舶采用的如下设计步骤：
(1)船舶的初步设计：根据用户所提出的技术条件，采用三维CAD软件进行船舶的初步设计，并形成设计船舶的CAD初始模型；
(2)船舶重量的确定：根据设计船舶的CAD初始模型，采用三维CAD软件计算出设计船舶的重量；
(3)船舶有限元模型的建立：根据设计船舶的CAD初始模型，采用有限元分析软件，建立设计船舶的有限元模型；
(4)有限元分析：采用有限元分析软件，计算出设计船舶变形量最大的区域；
(5)船舶的改进设计：针对设计船舶变形量大的区域进行结构的加强设计，并形成新的设计船舶CAD改进模型；
(6)重新进行有限元分析：根据设计船舶CAD改进模型，重新进行有限元分析，计算出设计船舶变形量大的区域；
(7)循环改进设计：重复步骤(5)和(6)反复对设计船舶变形量大的区域进行结构的加强设计，当船舶变形量大的区域的变形量小于设计的预定值时，循环改进设计完成，得到设计船舶CAD最终模型。
其中，在所述步骤(4)的有限元分析中，还根据预先获取的设计船舶下水现场的下水滑道数据，作为有限元分析中的一个外力加载条件；所述下水滑道数据包括下水滑道上各处的滑道倾斜角度数据，以及下水滑道上对应的滑道倾斜角度处的设计船舶滑道振动频率数据。
其中，所述船舶下水现场的下水滑道数据中的滑道倾斜角度数据通过如下方法预先获取：先在下水滑道上沿着滑道的长度方向按照间隔布置的原则标记出若干数量的位置标定点，采用水平倾角传感器检测出各位置标定点处的滑道倾斜角度数据并作好记录。
本实施例中，所述船舶下水现场的下水滑道数据中的设计船舶滑道振动频率数据通过如下方法预先获取：预先在船舶的下水滑道下面设置振动传感器阵列，所述振动传感器阵列中的各振动传感器对应安装在所述各位置标定点处；选取待下水的在建船舶，所述在建船舶下水时，利用预先设置在下水滑道上的振动传感器阵列获取各处的在建船舶滑道振动频率数据并作好记录；取在建船舶滑道振动频率数据作为参考数据，从而得到所述设计船舶滑道振动频率数据。
作为本实施例的进一步改进，所述振动传感器阵列还设置在船舶下水滑板上，船舶下水过程中通过设置在船舶下水滑板上的振动传感器获取各位置标定点处的下水滑板振动频率数据，取下水滑板振动频率数据代替所述在建船舶滑道振动频率数据作为参考数据，从而得到所述设计船舶滑道振动频率数据。
作为本实施例的进一步优化，考虑设计船舶与在建船舶重量的不同而引入重量修正系数，取在建船舶滑道振动频率数据乘以所述重量修正系数后得到所述设计船舶滑道振动频率数据，或者取下水滑板振动频率乘以所述重量修正系数后得到所述设计船舶滑道振动频率数据。
作为本实施例的进一步改进是：选取两艘待下水的在建船舶进行所述设计船舶滑道振动频率数据的获取，且所述的两艘待下水的在建船舶的重量不相等，其中的一艘在建船舶的重量大于设计船舶的重量，其中的另一艘在建船舶的重量小于设计船舶的重量；所述设计船舶的滑道振动频率在两艘在建船舶的滑道振动频率之间折衷选取，或者在两艘在建船舶的下水滑板振动频率之间折衷选取。
本实施例中，所述振动传感器阵列中的振动传感器为惯性式振动传感器或电动式振动传感器。
优选的，所述设计船舶为木屑船，所述木屑船包括首部、中间部和尾部，所述木屑船的首部设置有作为首部砰击区的双层底，所述木屑船中间部设置有风暴压载舱和若干数量的载货舱，所述载货舱包括舱内设置有纵桁的载货舱和舱内设置有纵骨的载货舱；所述步骤(3)的船舶有限元模型的建立过程中，直接以舱内设置有纵骨的载货舱部分建立设计船舶的局部有限元模型，并在所述设计船舶的局部有限元模型范围内进行后续的步骤(4)至(7)的设计船舶的局部改进。
其中，所述(5)船舶的改进设计过程中，针对设计船舶变形量大的区域进行结构的加强设计方法为增加船底支撑面积。
实施例2：
将实施例1的一种减少船舶下水过程变形的船舶设计方法应用于某7000吨木屑船的船舶设计过程中，设计中对于设置有纵骨的载货舱进行了优化，有限元建模网格大小为200x200mm，船底支撑面积通过加强设计扩大到2米宽度，最大的变形为17mm，最大的应力为190N/mm2。7000吨木屑船建造后成功实现了下水，且木屑船的变形控制在设计预定的理想范围内，从而避免了船舶二次进坞，并降低了船舶制造成本、缩短了船舶制造的周期。
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 (10)
1.一种减少船舶下水过程变形的船舶设计方法，其特征在于，包括在船舶的设计阶段对设计船舶采用的如下设计步骤：
(1)船舶的初步设计：根据用户所提出的技术条件，采用三维CAD软件进行船舶的初步设计，并形成设计船舶的CAD初始模型；
(2)船舶重量的确定：根据设计船舶的CAD初始模型，采用三维CAD软件计算出设计船舶的重量；
(3)船舶有限元模型的建立：根据设计船舶的CAD初始模型，采用有限元分析软件，建立设计船舶的有限元模型；
(4)有限元分析：采用有限元分析软件，计算出设计船舶变形量最大的区域；
(5)船舶的改进设计：针对设计船舶变形量大的区域进行结构的加强设计，并形成新的设计船舶CAD改进模型；
(6)重新进行有限元分析：根据设计船舶CAD改进模型，重新进行有限元分析，计算出设计船舶变形量大的区域；
(7)循环改进设计：重复步骤(5)和(6)反复对设计船舶变形量大的区域进行结构的加强设计，当船舶变形量大的区域的变形量小于设计的预定值时，循环改进设计完成，得到设计船舶CAD最终模型。
2.根据权利要求1所述的一种减少船舶下水过程变形的船舶设计方法，其特征在于，其中，在所述步骤(4)的有限元分析中，还根据预先获取的设计船舶下水现场的下水滑道数据，作为有限元分析中的一个外力加载条件；所述下水滑道数据包括下水滑道上各处的滑道倾斜角度数据，以及下水滑道上对应的滑道倾斜角度处的设计船舶滑道振动频率数据。
3.根据权利要求2所述的一种减少船舶下水过程变形的船舶设计方法，其特征在于，所述船舶下水现场的下水滑道数据中的滑道倾斜角度数据通过如下方法预先获取：先在下水滑道上沿着滑道的长度方向按照间隔布置的原则标记出若干数量的位置标定点，采用水平倾角传感器检测出各位置标定点处的滑道倾斜角度数据并作好记录。
4.根据权利要求2所述的一种减少船舶下水过程变形的船舶设计方法，其特征在于，所述船舶下水现场的下水滑道数据中的设计船舶滑道振动频率数据通过如下方法预先获取：预先在船舶的下水滑道下面设置振动传感器阵列，所述振动传感器阵列中的各振动传感器对应安装在所述各位置标定点处；选取待下水的在建船舶，所述在建船舶下水时，利用预先设置在下水滑道上的振动传感器阵列获取各处的在建船舶滑道振动频率数据并作好记录；取在建船舶滑道振动频率数据作为参考数据，从而得到所述设计船舶滑道振动频率数据。
5.根据权利要求4所述的一种减少船舶下水过程变形的船舶设计方法，其特征在于，所述振动传感器阵列还设置在船舶下水滑板上，船舶下水过程中通过设置在船舶下水滑板上的振动传感器获取各位置标定点处的下水滑板振动频率数据，取下水滑板振动频率数据代替所述在建船舶滑道振动频率数据作为参考数据，从而得到所述设计船舶滑道振动频率数据。
6.根据权利要求5所述的一种减少船舶下水过程变形的船舶设计方法，其特征在于，考虑设计船舶与在建船舶重量的不同而引入重量修正系数，取在建船舶滑道振动频率数据乘以所述重量修正系数后得到所述设计船舶滑道振动频率数据，或者取下水滑板振动频率乘以所述重量修正系数后得到所述设计船舶滑道振动频率数据。
7.根据权利要求5所述的一种减少船舶下水过程变形的船舶设计方法，其特征在于，选取两艘待下水的在建船舶进行所述设计船舶滑道振动频率数据的获取，且所述的两艘待下水的在建船舶的重量不相等，其中的一艘在建船舶的重量大于设计船舶的重量，其中的另一艘在建船舶的重量小于设计船舶的重量；所述设计船舶的滑道振动频率在两艘在建船舶的滑道振动频率之间折衷选取，或者在两艘在建船舶的下水滑板振动频率之间折衷选取。
8.根据权利要求2所述的一种减少船舶下水过程变形的船舶设计方法，其特征在于，所述振动传感器阵列中的振动传感器为惯性式振动传感器或电动式振动传感器。
9.根据权利要求2所述的一种减少船舶下水过程变形的船舶设计方法，其特征在于，所述设计船舶为木屑船，所述木屑船包括首部、中间部和尾部，所述木屑船的首部设置有作为首部砰击区的双层底，所述木屑船中间部设置有风暴压载舱和若干数量的载货舱，所述载货舱包括舱内设置有纵桁的载货舱和舱内设置有纵骨的载货舱；所述步骤(3)的船舶有限元模型的建立过程中，直接以舱内设置有纵骨的载货舱部分建立设计船舶的局部有限元模型，并在所述设计船舶的局部有限元模型范围内进行后续的步骤(4)至(7)的设计船舶的局部改进。
10.根据权利要求2所述的一种减少船舶下水过程变形的船舶设计方法，其特征在于，所述(5)船舶的改进设计过程中，针对设计船舶变形量大的区域进行结构的加强设计方法为增加船底支撑面积。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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