CN116902163A - 一种液货船舶波浪载荷试验的分段弹性模型 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液货船舶波浪载荷试验的分段弹性模型，包括船体模块、液舱模块以及龙骨梁模块；船体模块包括分段船壳；各分段船壳组合而成的几何外形与实船一致；液舱模块包括液舱模型，液舱模型设置在分段船壳内；龙骨梁模块，为位于分段船壳中纵剖面内的一个平面框架结构，包括上纵梁、下纵梁以及垂直纵梁；上纵梁设置在液舱模型的上方，下纵梁固设在各分段船壳底面的中心；垂直纵梁设于上纵梁和下纵梁的两端，用于连接上纵梁和下纵梁。本发明的组合型框架式龙骨梁，既能保证船体结构的刚度分布规律特性，又能为液舱安装提供空间位置，解决了常规的龙骨梁方案无法适用于含液舱船舶波浪载荷试验的问题。
Description
技术领域
本发明属于船舶波浪载荷试验技术领域，具体涉及一种液货船舶波浪载荷试验的分段弹性模型。
背景技术
载液船舶的大型化、高速化、轻量化以及运输贸易全球化发展，使得航行于远洋恶劣海况中的船体运动、波浪载荷和结构强度问题日渐突出。在液货船舶的运输过程中会受到风、浪、流等外部环境载荷的作用，从而引起船体摇荡运动与船体结构的波浪载荷。此外，液舱内的液体也会在船体摇荡运动的激励下产生晃荡现象，对弹性舱壁等围护系统产生巨大的液体冲击力，进而可能会导致船体结构破坏、船舶倾覆和海洋环境污染等灾难性后果。因此，针对LNG船等载液船舶的设计分析，合理预报船舶运动、波浪载荷、液舱晃荡载荷与结构强度是十分重要的。然而，长期以来LNG船的液舱晃荡试验与船体在波浪中的运动与载荷试验大多都是独立开展的，无法合理模拟真实LNG船在海上航运过程中的内外场复杂流固耦合现象。
水池模型试验是造船领域中最广泛采用的一种试验方法。船舶波浪载荷与水弹性的水池模型试验一般采用分段的船体外壳模型，通过在船体内部沿纵向安装龙骨梁连接各分段，分段的船体外壳将其所遭受的外部流体动力传递给连续的龙骨梁，龙骨梁用于模拟真实的船体结构并测量船体剖面载荷。龙骨梁的总纵弯曲刚度分布沿船长方向的分布规律与实船的分布规律相似，用于模拟船体梁结构。现有的分段船模的龙骨梁一般都安装在船体内部的中和轴高度处，然而LNG船等液货船舶的船体内部设有液舱，无法直接在其船体内部的中和轴高度处布置龙骨梁，导致无法开展相关试验。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种液货船舶波浪载荷试验的分段弹性模型。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种液货船舶波浪载荷试验的分段弹性模型，包括船体模块、液舱模块以及龙骨梁模块；
船体模块包括分段船壳；各分段船壳组合而成的几何外形与实船一致；
液舱模块包括液舱模型，液舱模型设置在分段船壳内；
龙骨梁模块，为位于分段船壳中纵剖面内的一个平面框架结构，包括上纵梁、下纵梁以及垂直纵梁；上纵梁设置在液舱模型的上方，下纵梁固设在各分段船壳底面的中心；垂直纵梁设于上纵梁和下纵梁的两端，用于连接上纵梁和下纵梁。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明所提出的含液舱的分段模型龙骨梁方案，能够适用于开展液货船舶的波浪载荷与水弹性试验，从而将船体运动、波浪载荷、液舱晃荡载荷的耦合效应综合考虑。
2、本发明提出的组合型框架式龙骨梁，既能保证船体结构的刚度分布规律特性，又能为液舱安装提供空间位置，解决了常规的龙骨梁方案无法适用于含液舱船舶波浪载荷试验的问题。
3、本发明采用的组合型框架式龙骨梁能够通过对上、下两部分的相对位置进行调节，从而可以适用于不同垂向弯曲刚度的船模龙骨梁方案。
附图说明
图1是实施例中方箱型液货驳船的波浪载荷试验的分段弹性模型结构图；
图2是实施例中不含液舱的方箱型液货驳船的波浪载荷试验的分段弹性模型结构图；
图3是龙骨梁模块的结构图；
图4是液舱模块的结构图；
图5是实施例中真实LNG船的波浪载荷试验的分段弹性模型的结构图；
图6是实施例中不含液舱的真实LNG船的波浪载荷试验的分段弹性模型结构图；
图7是实施例中真实LNG船的波浪载荷试验的分段弹性模型的液舱模块和龙骨梁模块结构图；
附图标号说明：1-分段船壳；2-弹性密封条；3-基座；4-夹具；5-液舱模型；6-舱壁固定单元；7-上纵梁；8-下纵梁；9-垂直纵梁；91-上垂直部分；92-下垂直部分；93-中垂直部分。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
实施例以一个方箱型液货驳船和一个真实LNG船的波浪载荷试验的分段弹性模型为例进行说明。
如图1、图2、图5、图6以及图7所示，一种液货船舶波浪载荷试验的分段弹性模型，包括船体模块、液舱模块以及龙骨梁模块。
船体模块具体包括分段船壳1、弹性密封条2、基座3以及夹具4；各分段船壳组合而成的几何外形与实船一致；弹性密封条设置在相邻分段船壳的间隙，用于密封相邻分段船壳之间的切口，防止外部水进入到船壳内部；基座固设在各分段船壳的底面，通过夹具与下纵梁固定连接。如图1和图6所示，本实施例中，方箱型液货驳船的波浪载荷试验的分段弹性模型有4个分段船壳，真实LNG船的则有6个分段船壳。
如图4所示，液舱模块具体包括液舱模型5和舱壁固定单元6；液舱模型设置在分段船壳内，液舱模型与实船液舱的几何外形结构一致；实施时，一个分段船壳只容纳一个液舱模型，分段船壳的分段数多于液舱模型数，不含液舱模型的分段船壳的数量可根据具体试验需求确定；舱壁固定单元固设在液舱模型的两侧，用于固定连接液舱模型与分段船壳的内侧壁，如图4所示，液舱模型的两个侧面均设置有2个舱壁固定单元；舱壁固定单元上还设有测力传感器，用于测量出液舱模型晃荡的整体外力情况。
如图1和图5所示，本实施例中，方箱型液货驳船的波浪载荷试验的分段弹性模型有2个液舱模型，分别设置在自船首起的第2、3个分段船壳范围内，而真实LNG船的则有4个液舱模型，分别设置在自船首起的第2、3、4、5个分段船壳范围内。其中，分段船壳和液舱模型的几何外形与尺度均根据实船和缩尺比进行缩小得到。
龙骨梁模块，为位于分段船壳中纵剖面内的一个平面框架结构，包括上纵梁7、下纵梁8以及垂直纵梁9；上纵梁设置在液舱模型的上方，下纵梁固设在各分段船壳底面的中心；垂直纵梁设于上纵梁和下纵梁的两端，用于连接上纵梁和下纵梁。上纵梁剖面为U形截面，下纵梁剖面为矩形截面。龙骨梁模块与液舱模型之间存在间隙，从而不影响相互的受力。
如图3所示，垂直纵梁具体分为三部分：上垂直部分91、中垂直部分93以及下垂直部分92；上垂直部分与上纵梁连接为一体，下垂直部分与下纵梁连接为一体，上垂直部分和下垂直部分通过中垂直部分相连接，并且上垂直部分、中垂直部分以及下垂直部分的相对位置可调节，从而对龙骨梁整体结构的抗弯刚度进行调整。上垂直部分、中垂直部分以及下垂直部分的不同高度位置处均设有若干个圆孔，利用固定螺栓(销子)将中垂直部分与上垂直部分和下垂直部分进行固定；通过将固定螺栓(销子)插入不同高度的圆孔即可实现三者相对位置的调节，从而调整龙骨梁模块的垂向抗弯刚度和中和轴位置等，实现与实船目标值一致的效果。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种液货船舶波浪载荷试验的分段弹性模型，其特征在于，包括船体模块、液舱模块以及龙骨梁模块；
船体模块包括分段船壳；各分段船壳组合而成的几何外形与实船一致；
液舱模块包括液舱模型，液舱模型设置在分段船壳内；
龙骨梁模块，为位于分段船壳中纵剖面内的一个平面框架结构，包括上纵梁、下纵梁以及垂直纵梁；上纵梁设置在液舱模型的上方，下纵梁固设在各分段船壳底面的中心；垂直纵梁设于上纵梁和下纵梁的两端，用于连接上纵梁和下纵梁。
2.根据权利要求1所述的一种液货船舶波浪载荷试验的分段弹性模型，其特征在于，船体模块还包括弹性密封条、基座以及夹具；
弹性密封条设置在相邻分段船壳的间隙，用于密封相邻分段船壳之间的切口；
基座固设在各分段船壳的底面，通过夹具与下纵梁固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种液货船舶波浪载荷试验的分段弹性模型，其特征在于，液舱模型设置在分段船壳内，具体为：
一个分段船壳只容纳一个液舱模型，分段船壳的数量大于液舱模型的数量，不含液舱模型的分段船壳的数量根据试验需求确定。
4.根据权利要求1所述的一种液货船舶波浪载荷试验的分段弹性模型，其特征在于，液舱模块还包括舱壁固定单元；舱壁固定单元固设在液舱模型的两侧，用于固定连接液舱模型与分段船壳的内侧壁。
5.根据权利要求4所述的一种液货船舶波浪载荷试验的分段弹性模型，其特征在于，舱壁固定单元上还设有测力传感器，用于测量出液舱模型晃荡的整体外力情况。
6.根据权利要求1所述的一种液货船舶波浪载荷试验的分段弹性模型，其特征在于，垂直纵梁具体分为三部分：上垂直部分、中垂直部分以及下垂直部分；
上垂直部分与上纵梁连接为一体，下垂直部分与下纵梁连接为一体，上垂直部分和下垂直部分通过中垂直部分相连接，并且上垂直部分、中垂直部分以及下垂直部分的相对位置可调节，通过调节上垂直部分、中垂直部分以及下垂直部分的相对位置，从而调整龙骨梁模块的垂向抗弯刚度和中和轴位置，实现与实船目标值一致的效果。
7.根据权利要求6所述的一种液货船舶波浪载荷试验的分段弹性模型，其特征在于，上垂直部分、中垂直部分以及下垂直部分的不同高度位置均设有若干个圆孔，利用固定螺栓或销子将中垂直部分与上垂直部分和下垂直部分进行固定，通过将固定螺栓或销子插入不同高度的圆孔实现三者相对位置的调节。
8.根据权利要求1所述的一种液货船舶波浪载荷试验的分段弹性模型，其特征在于，上纵梁剖面为U形截面，下纵梁剖面为矩形截面。
9.根据权利要求1所述的一种液货船舶波浪载荷试验的分段弹性模型，其特征在于，龙骨梁模块与液舱模型之间存在间隙。
10.根据权利要求1所述的一种液货船舶波浪载荷试验的分段弹性模型，其特征在于，液舱模型与实船液舱的几何外形结构一致；
分段船壳和液舱模型根据实船和缩尺比进行缩小得到。
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