[發明專利]一種船臺下水船舶底部結構局部強度的確定方法

有效

• 申請號: 201310637779.3
• 申請日: 2013-11-29
• 公開（公告）號: CN103661806A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 高真所;戴挺;叢海東;姜世躍;包巖;彭貴勝;衣巖
• 申請（專利權）人: 大連船舶重工集團有限公司
• 主分類號: B63B9/06
• 分類號: B63B9/06
• 代理公司: 大連智慧專利事務所 21215
• 代理人: 劉琦

技術領域

本發明涉及船舶設計階段船舶從船臺上下水時局部強度的確定，更具體地說，涉及船舶底部結構局部強度的確定。

背景技術

船舶滑道下水時，底部結構常發生損傷。如果提前進行底部結構局部強度分析，發現強度不足區域，就能在下水前對該處做結構加強，或采用其它方法避免下水過程中底部結構損傷。若采用船舶整體結構三維有限元建模方法分析底部結構局部強度，雖然精確度高，但模型建模工作量巨大，所用時間長，該方法在實際船舶建造時難以采用。現實采用理論力學方法可進行下水過程船舶總體強度計算，算出下水過程中船體各橫截面處所受的彎矩及剪力值，與許用值作比較，預報總體強度是否滿足要求。但不能計算出底部支墩處受力狀況，不適應底部結構局部強度分析的要求。

此外，現有技術中，傾斜混凝土船臺上鋪設鋼木滑道。船體由底部支墩支撐在滑道上。下滑開始后，支墩隨船體一同沿滑道向水下滑動。船舶通常艉部向前先入水。入水后支墩沿滑道滑行一段距離后脫離，失去對船體的支撐作用。假設沿船長方向各排支墩從入水到脫離的滑行距離均相同。船體結構受結構自身和設備重量產生的重力，水的浮力，及下部支墩反力共同作用。初始階段對船艏重力力距大于浮力力距，靠近艉部及機艙區域由于部分支墩脫離的原因，該區域存留在船臺上的船體底部支墩承壓大，該處支墩反力大，會出現底部結構應力極值區域，結構容易受損。后期隨船體入水體積加大，浮力力距大于重力力距。船舶會繞船艏支架轉動，船舶重量僅靠艏支架支撐。該處結構受力大，也容易損壞。

船舶下水是個動態的過程，現有技術采用整體三維有限元建模分析或船體梁計算均采用多位置靜態計算方法模擬動態下水分析過程。既從船體入水至全浮狀態依次選取一系列船舶在滑道上不同滑行位置，假設船舶在各位置靜止在船臺上，分別做靜態計算分析，每個位置為一個計算工況，以此模擬替代動態下水分析，忽略水阻力及滑道摩擦力的影響。

發明內容

本發明擬研發新方法，用于船臺下水船舶底部結構局部強度的確定，用該方法得到的結果，精確度能滿足下水過程底部結構局部分析的要求，同時能大大減少有限元建模工作量，縮短現有技術本項工作的時間，提高效率。

為了達到上述目的，本發明提供一種船臺下水船舶底部結構局部強度的確定方法，其特征在于，包括如下步驟：

第一步將船舶整體結構簡化成一根沿船長方向的變截面薄壁梁，并在支墩位置受垂向彈性支撐；

在船臺下滑過程中選取一系列滑行位置為工況，獲取各支墩處船體結構承受的支墩支反力值，確定結構各受力極值位置；

第二步對受力極值位置處結構進行局部三維有限元模型強度分析，確定各區域的結構強度。

其中，步驟一的具體過程為：

S11）根據除船舶尾部區域外各支墩沿船長方向等間距設置的條件，從艏至艉沿船長方向分別取每兩個支墩之間的一段船體結構，將每一段船體結構近似為從前到后剖面特性相同的平直結構；計算出各段船體結構剖面特性，包括：橫截面面積、垂向慣性矩、水平方向慣性矩、垂向剪切強度、、剖面高度、、剖面寬度及中和軸位置；

依據各段船體結構剖面特性，建立整體船體梁模型；模型由若干段梁單元組成，每段梁單元代表兩個支墩之間的一段船體結構；梁單元屬性根據前面計算的各段船體結構剖面特性確定；各梁單元沿船長方向首尾相互連接，連接節點在各支墩位置；

S12）計算支墩處彈性剛度：根據船體結構及支墩均左右對稱的情況，將船體結構簡化為單根薄壁梁，支墩處剛度由船體結構剛度K2串聯支墩剛度K1組成；根據公式K1=EA/L計算底部支墩剛度，其中，K1為支墩剛度，E為松木材性系數，A為支墩橫截面積，L為支墩高度；

在船體結構三維有限元模型底部支墩位置施加單位點載荷，讀取各處變形值，計算底部結構剛度K2；建立艏部支架區域結構的有限元模型；剛度K2=P/dy,P為單位點載荷值，dy為局部有限元模型上讀取的該處結構變形值；用公式1/K=1/K1+1/K2合并支墩和結構剛度，求出剛度K用作底部支墩處支撐剛度；

建模時采用固定長度梁單元模擬支墩處支撐條件，梁單元垂直船臺基面，上部與船體梁單元模型節點連接，下部剛固；根據求得的剛度K計算各梁單元截面積，即A=KL/E，E為鋼材材性系數；根據各截面積A確定模擬支墩處支撐條件的各垂向梁單元的橫截面積。