青島永泰長榮
標題: 船舶縱向下水試驗及支座反力的計算 [打印本頁]
作者: 永泰長榮 時間: 2023-12-30 17:37
標題: 船舶縱向下水試驗及支座反力的計算
本文給出了A 、B 兩船縱向下水的試驗結果及支座反力的計算方法，計算結果與試驗結 果相當吻合，可在校核縱向下水船舶強度時三于確定載膏。
關 鍵 詞：船觸下水，支座反力，試驗分析，計算方法
( 一 ) 前 言
船舶縱向下水是一道十分重要的作業(yè)工序，且潛在著很大的危險性，對大型船舶更是如 此，所以歷來受到船舶設計者和建造者們的充分重視。
為確保船舶下水的安全，除了必須擁有豐富的實踐經(jīng)驗和具備可靠的設備外，還必須進 行詳細周密的理論計算。隨著造船業(yè)的不斷發(fā)展，目前船舶下水經(jīng)驗日益豐富，裝置設備日 臻完善，但船舶縱向下水計算方法的研究進展甚微。通過最近進行的長度為132m 的 船 舶 縱 向下水試驗及其分析，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)現(xiàn)行關于船舶強度及船臺滑道支座反力的計算方法已不能 滿足目前大型船舶下水的需要。幾年來，船舶下水時，結構受損屢有發(fā)生。因此，當前加緊開 展船舶下水強度計算方法的研究已顯得十分必要。
本 文 介 紹 了A 、B 兩船的縱向下水試驗及其測量和分析的結果，同時還介紹了作者初 步完成的船臺滑道支座反力的計算方法及與試驗結果的比較。
以試驗及其分析為基礎所提出的支座反力計算，視船體為彈性體，自由擱置在有限個分 別具有不同剛度的彈性支座上，可算得各支座處船體受到的反力及隨滑程的變化。計算與試 驗比較，其結果令人相當滿意。這為校核船體下水強度，提供合理可靠的載荷奠定了基礎。
(二) 下水試驗
1. 概 述
1991年和1993年在上海分別對長度為132m 質(zhì)量為3000多噸的同型A 、B 兩 船 進 行 了縱向下水試驗。該兩船是采用首橫梁工藝下水的。我國對船舶下水試驗進行得并不多。這 兩次試驗十分成功，得到了豐富的數(shù)據(jù)資料，測到了整個下水過程中艏部下水橫梁的橫向應力分布、船體總縱彎曲應力分布和船體沿滑道的滑行距離及速度等隨時間的變化。根據(jù)上述 測量結果，分析計算得艏部下水橫梁處船臺滑道支座反力隨時間的變化，以及尾浮的初始時 刻和此時刻船體所在的位置等。
2. 試 驗 結 果
兩次試驗的主要測量結果匯總于表1。詳細的測量結果，以B 船試驗為例，分別列于圖1 ~ 圖 3 。
表 1 A 船 和 B 船下水試驗測量結果
| B船 | A船 |
| | 出現(xiàn)時刻 (s) | 數(shù) 值 |
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| 120.3 m |
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上述圖表中，時間坐標的原點為下 水始滑時刻。1～5號下水橫梁依次從首 向尾排列在艏部0 . 1船長的范圍內(nèi)。圖 2 和 圖 3 中 應 力 值 和 支 反 力 值 是 相 對 下 水結束后船體漂浮在江面上其值為零而 言。表中尾浮初始時刻按下述準則確定： 始滑后沿滑道平移艉部徐徐浸水，浮力 漸漸加大，當浮力與支座反力之合力矩 開始大于船體重力矩時，則尾浮開始。
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圖 1 B 船下水滑程(L) 和速度(V) 隨時間的變化
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圖2 B 船船觸區(qū)域總縱彎曲應力隨時間的變化
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圖 3 B 船艏部下水橫梁處船臺滑道支座反力隨時間的變化
3. 試驗結果分析
下水試驗的兩艘船線型相同，裝載略有差異，質(zhì)量差4t, 重 心 差 0 . 4m 。B 船下水時水
位較 A 船高0 . 15m。
從表1中可見，B 船滑行速度高于A 船，加上下水水位也高，因而尾浮初始時刻來得較 早.其滑程也較短；兩船尾浮時的首尾吃水幾乎一致；船體最大中垂彎曲應力出現(xiàn)在接近于 尾浮初始時刻，且數(shù)值也基本相同。這些現(xiàn)象都符合船舶下水的一般規(guī)律。從表1和圖3可 見，船體尾浮時所測量的5道橫梁依然受力，還沒有脫離船臺滑道。隨著滑行的繼續(xù)，靠艉的 橫梁才逐個脫離船臺，直至接近全浮初始前僅1號橫梁接觸船臺。這表明對于類同A 、B 船 或更大的船舶采用首橫梁工藝下水時，船體應視為彈性體，而并非是現(xiàn)行下水計算方法所認 為的是剛體。并且校核艏船體在尾浮初始時刻船體處于中垂狀態(tài)時的強度時，不必再保守地 認為此時船臺滑道支座總反力僅作用在首支座(1號橫梁)上，而實際上是作用在靠艏的一 些支座(下水橫梁)上。
(三)支座反力的計算
目前設計中所用的下水計算方法，視船舶為剛體。在下水強度計算中確定船臺滑道支痤 反力時，只考慮艏部的最大支反力，并認為出現(xiàn)在尾浮初始時刻，僅作用在首支座(1號橫 梁)上。上述的試驗結果及分析表明，在船舶噸位日趨增大的今天，這樣的方法已偏離實際， 不能真實預報船臺滑道支座(墩木或橫梁)的反力及其分布。為滿足下水時船體強度具有足 夠的安全保證，本文開發(fā)了彈性船體的滑道支座反力計算方法。
1. 方法和原理
視船體為變剛度的彈性梁，從首至尾分擱在有限個獨立彈性支座上。彈性支座系船臺滑 道上的墩木或由墩木及下水橫梁組成，只承壓不承拉。船體梁受重力和支座反力作用，當艉 部浸水后還有浮力的作用。重力及其分布是始終不變的，而浮力和支座反力及其分布則隨滑 程而改變。從某一滑程起，艉部開始上浮，除艉部有部分支座可能已隨滑板滑出船臺滑道末 端外，由于船體為彈性體，在外力作用下呈中垂撓曲變形，以致靠滑道末端內(nèi)的部份支座因 艉部上浮而脫離船體，而艏部船體在一定長度范圍內(nèi)仍有多個支座支撐。隨著滑程的增大， 脫離船體的支座逐漸增多，直到船體完全浮起前僅留首支座(1號橫梁)支持船體。
用有限元法，從始滑起每滑一段距離作一次計算，根據(jù)重力、支反力和浮力的平衡條件. 便可求得各支反力隨滑程的變化以及任一滑程下支座反力沿船體的縱向分布。所得結果較 視船體為剛體的計算不僅更確切地預報了艏部船體處的支座反力，還同時預報了對船體強 度影響甚大的尾浮前滑道末端處對船體的支座反力。
2. 計算實例
以 B 船為例，計算結果列于圖4、圖5和表2中。
圖4和圖5的比較表明，最大支反力的計算值與試驗值相當吻合，支反力隨滑程的變化 略差一些，作為強度校核時的載荷確定，亦已足夠。
表2列出了滑道末端處對船體的支座反力的計算結果。因 A、B 兩船沒有測量滑道末
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圖 4 B 船船體1號下水橫梁處支座反力的
計算與試驗比較(N—— 支反力， I.- 滑程)
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圖5 B 船船體2號下水橫操處支座反力的
計算與試驗比較(N—— 支反力， I.— 滑程)
E2 B船尾浮前滑道末端支座反力計算結果(kN)
支座號 滑 程 ( m ) | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 |
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支座號 46 -47 48 49 50 51 52 53 |
端處的支座反力，雖無比較，但表列結果是符合船舶縱向下水規(guī)律的，是可信的。表中不僅顯 示出艉部最后53號支座與視船體為剛體的計算 一 樣具有較大的反力，同時還顯示了從48 號支座起往后的各支座反力有可能超過53號支座處的反力。與圖3相比，滑道末端處的反 力亦不低于艏部的支座反力。無疑，這對校核艉部結構的局部強度提供了有益的依據(jù)。
(四) 小 結
本文說明為開展船體縱向下水計算研究已具備了試驗基礎。本文提出的彈性船體的支 座反力計算方法改進了視船體為剛體的計算方法，若進 一 步計及船臺對支反力的影響及艉 部入水后的水動力影響，預計計算結果將會更令人滿意。船臺滑道末端支反力對艉部局部強 度有很大的影響，尤其是對大型船舶。建議今后大型船舶下水要作好這方面的計算分析，并 對高支反力處的船體結構作相應的強度校核。
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