一種出塢船舶艉部塢墩支反力的計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種出巧船舶艇部巧墳支反力的計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有船舶靜力學(xué)公式無法計(jì)算起浮過程的艇部巧墳支反力，更無法計(jì)算出起浮船 舶艇端巧墳支反力最大值，W及船舶起浮任一時(shí)刻的艇端巧墳支反力，也不可能形成船舶 出巧起浮全過程的艇端巧墳支反力擬合曲線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有的船舶靜力學(xué)公式無法計(jì)算起浮過程的艇 部巧墳支反力的缺陷，而提供了一種出巧船舶艇部巧墳支反力的計(jì)算方法。所述計(jì)算方法 不僅可計(jì)算支反力最大值，還可W計(jì)算出巧起浮全過程的支反力，做出支反力隨吃水變化 的擬合曲線，作為安全生產(chǎn)的技術(shù)依據(jù)。
[0004] 本發(fā)明提供了一種出巧船舶艇部巧墳支反力的計(jì)算方法，其特點(diǎn)在于，所述計(jì)算 方法包括如下步驟：
[0005] (1)按照船臘上浮前、船臘上浮、船艇上浮Ξ個(gè)階段，對(duì)出巧起浮船舶進(jìn)行受力分 析，建立數(shù)學(xué)模型，定量分析艇部巧墳支反力隨外部吃水變化的基本規(guī)律；
[0006] (2)確定影響艇部巧墳支反力的影響因素，分析得出各影響因素的影響程度：艇 傾角 > 縱穩(wěn)性高> 排水量 > 漂屯、位置；
[0007] (3)計(jì)算艇部巧墳支反力的最大值，并校核計(jì)算結(jié)果的正確性；
[0008] (4)繪制擬合曲線，得到船舶出巧起浮全過程艇部巧墳支反力的變化情況。
[0009] 較佳地，步驟（1)中，數(shù)學(xué)模型的建立W力的平衡原理為基礎(chǔ)：重力G、浮力B、艇部 巧墳支反力ΣΚ相平衡
I重力對(duì)艇端點(diǎn)0的力矩與浮力力矩Mb、艇部巧墳 支反力的力矩Mr相平衡，Μk+Mb=Μ6。
[0010] 較佳地，船臘上浮過程中，艇部巧墳支反力達(dá)到最大值；船艇上浮過程中，艇部巧 墳支反力為0。
[0011] 較佳地，步驟（3)中，校核計(jì)算結(jié)果的正確性W出巧起浮作為進(jìn)巧落墳的逆過程 進(jìn)行分析。
[0012] 在符合本領(lǐng)域常識(shí)的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實(shí) 例。
[0013] 本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：本發(fā)明在船舶原理的基礎(chǔ)上，將視出巧起浮船舶為 剛體，根據(jù)力和力矩平衡原理，對(duì)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行受力分析，提出了一種出巧船舶艇部巧墳 支反力的計(jì)算方法，不但可W計(jì)算艇部巧墳支反力的最大值，還可W計(jì)算所有起浮階段的 艇部巧墳支反力。本發(fā)明的計(jì)算方法彌補(bǔ)了現(xiàn)有船舶靜力學(xué)巧墳受力計(jì)算公式的不足，節(jié) 約了有限元計(jì)算方法的費(fèi)用和時(shí)間，計(jì)算結(jié)果適用于船舶實(shí)際生產(chǎn)建造過程。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的起浮船舶的受力分析示意圖。
[0015] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的艇部巧墳支反力與平均吃水之間的擬合曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面通過實(shí)施例的方式進(jìn)一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí) 施例范圍之中。
[0017] 實(shí)施例1
[0018] 本實(shí)施例提供的出巧船舶艇部巧墳支反力的計(jì)算方法如下：
[0019] (1)出巧船舶受力分析
[0020] 基于剛體模型分析出巧船舶在起浮的各個(gè)階段的受力情況，W建立數(shù)學(xué)模型。出 巧船舶起浮過程中的受力分析可分為船臘上浮前、船臘上浮、船艇上浮Ξ個(gè)階段，下面W某 船型為例進(jìn)行計(jì)算分析：
[0021] a.船臘上浮前
[0022] 船臘上浮前，船舶受力分析如圖1所示，忽略水流和風(fēng)的影響，船舶只受到重力、 浮力和巧墳支反力共同作用，靜止于巧墳上。
[0023] 船舶的重量、重屯、為定值，浮力可W看作是吃水的函數(shù)。隨著船巧加入江水，巧內(nèi) 水位不斷上升，船舶的吃水增加，浮力也隨之增加，浮屯、不斷后移。根據(jù)力的平衡原理可 知：
[0024]
(I) 陽0巧]ΣΜ= 0 似
[0026] 重力G、浮力Β、巧墳支反力SR相平衡，由公式（1)得到公式（3)
[0027]
(3)
[0028] 重力對(duì)艇端點(diǎn)0的力矩Μ。與浮力力矩ΜΒ、支反力力矩Μκ相平衡，由公式（2)得到
[0029] Mr+Mb=Ms (4)
[0030] 在船臘開始上浮前，經(jīng)歷的時(shí)間是起浮運(yùn)動(dòng)過程Ξ個(gè)階段中最長的一個(gè)，從船巧 開始開閩加水至巧內(nèi)水位達(dá)到6m左右，運(yùn)個(gè)階段的特征是船舶始終保持靜止?fàn)顟B(tài)，船底的 巧墳支反力基本呈線性減小。隨著吃水不斷增加，當(dāng)浮力力矩Mb大于重力力矩Μ6,即吃水 為4. 182m時(shí)，船舶開始圍繞艇端點(diǎn)0緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，臘部將離開巧墳的支撐，逐漸緩慢上浮。
[0031] b.船舶臘部上浮
[0032] 由于出巧船舶帶有一定的艇傾，當(dāng)浮力增加到一定數(shù)值時(shí)，浮力矩Mb大于重力矩 船舶結(jié)束水平靜止?fàn)顟B(tài)，開始繞船底艇端點(diǎn)0逐漸上浮，運(yùn)個(gè)過程可W看作是船體圍繞 艇端支撐點(diǎn)0轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0033] 船體圍繞艇端支撐點(diǎn)0轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，浮力的大小及浮屯、繼續(xù)隨著吃水增加而不斷 變化。運(yùn)個(gè)階段持續(xù)時(shí)間相對(duì)較短，支反力ΣR由船艇0點(diǎn)區(qū)域提供，根據(jù)公式（3)和公式 (4)可^求得支反力ΣR。根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)，此時(shí)艇部ο點(diǎn)的支反力ΣR達(dá)到最大值，即ΣRmm=1515t〇
[0034]c.船艇上浮
[0035] 運(yùn)個(gè)階段，隨著船艇上浮，運(yùn)個(gè)船體完全離開了巧墳的支撐。忽略外界風(fēng)、浪、流的 影響，此刻的船舶只受到自身重力和江水浮力的作用，浮力等于重力，浮屯、和重屯、在同一鉛 垂線上，巧墳支反力R〇=〇。
[0036] (2)確定艇端支反力影響因素
[0037] 影響船底艇端支反力的因素共有四個(gè)，即排水量、縱穩(wěn)性高、艇傾角和漂屯、位置， 采用正交試驗(yàn)法進(jìn)行簡化分析，通過各因素的極差計(jì)算，可W得到排水量、縱穩(wěn)性高、艇傾 角、漂屯、位置對(duì)艇端支反力的影響程度，按照極差計(jì)算得到的影響程度進(jìn)行主次排序，結(jié)果 如下：艇傾角 >縱穩(wěn)性高>排水量>漂屯、位置。
[0038] (3)艇端支反力最大值
[0039] 臘部上浮前，巧墳支反力合力ΣR是由船底所有巧墳共同提供的。臘部開始上浮 時(shí)，運(yùn)個(gè)支反力合力雖然變化不大，但是受力區(qū)域卻逐漸集中到了船舶艇端區(qū)域。船臘開始 上浮時(shí)刻，船舶艇部區(qū)域和艇部巧墳都將瞬間受到一個(gè)力的作用，運(yùn)兩個(gè)力是作用力與反 作用力的關(guān)系，所W力的大小相等。由理論力學(xué)知識(shí)，巧墳支反力的最大值是由支點(diǎn)，即一 個(gè)巧墳提供的，此時(shí)巧墳將承受1515t的壓力。
[0040] 根據(jù)船舶靜力學(xué)原理，出巧起浮看作是進(jìn)巧落墳的逆過程。進(jìn)巧落墳過程可W近 似看作艇傾船舶繞其水線面漂屯、的運(yùn)動(dòng)，落墳反力最大值也可W應(yīng)用靜水力和完整穩(wěn)性的 相關(guān)知識(shí)進(jìn)行求解，計(jì)算船舶起浮時(shí)艇部巧墳支反力R的最大值。 柳川
（5)
[00創(chuàng)使用公式妨計(jì)算，ΣRmax= 1571t，同用公式做和公式（4)的計(jì)算結(jié)果接化通 過船舶靜力學(xué)知識(shí)驗(yàn)證了本方法求解巧墳支反力最大值的正確性。
[0043] (4)艇端支反力擬合曲線 W44] 通過不同吃水對(duì)應(yīng)的支反力R。，可W畫出艇部區(qū)域支反力隨平均吃水變化的擬合 曲線，直觀地看到支反力R。的變化規(guī)律。曲線的橫坐標(biāo)為平均吃水，單位為米，縱坐標(biāo)為支 反力R。，單位為噸，見圖2。 W45] 由圖2可W直觀地看出，當(dāng)船舶開始圍繞艇端點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)上浮的瞬間，艇部區(qū)域的支 反力突然增大，并迅速達(dá)到一個(gè)最大值，運(yùn)個(gè)支反力最大值對(duì)巧墳強(qiáng)度和船體底部結(jié)構(gòu)強(qiáng) 度是一個(gè)很大的考驗(yàn)。同時(shí)，從圖2可W看到，隨吃水的增加，運(yùn)個(gè)支反力在突然達(dá)到最大 值之后，迅速減小至零。通過擬合曲線，可W求出船舶繞艇端點(diǎn)0轉(zhuǎn)動(dòng)上浮過程中任意吃水 下的艇端支反力R〇。
[0046] 綜上，本發(fā)明的計(jì)算方法不僅可W計(jì)算出起浮船舶艇端巧墳支反力最大值，還可 W計(jì)算船舶起浮任一時(shí)刻的艇端巧墳支反力，通過各時(shí)刻的艇部巧墳支反力數(shù)值可W形成 船舶出巧起浮全過程的艇端巧墳支反力隨吃水變化的擬合曲線，作為船廠安全生產(chǎn)的技術(shù) 依據(jù)之一，運(yùn)是現(xiàn)有船舶靜力學(xué)公式無法計(jì)算的。本方法彌補(bǔ)了現(xiàn)有船舶靜力學(xué)巧墳受力 計(jì)算公式的不足，節(jié)約了有限元計(jì)算方法的費(fèi)用和時(shí)間，并且計(jì)算結(jié)果適用于船舶實(shí)際生 產(chǎn)建造過程。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種出塢船舶艉部塢墩支反力的計(jì)算方法，其特征在于，所述計(jì)算方法包括如下步 驟： (1) 按照船艏上浮前、船艏上浮、船艉上浮三個(gè)階段，對(duì)出塢起浮船舶進(jìn)行受力分析，建 立數(shù)學(xué)模型，定量分析艉部塢墩支反力隨外部吃水變化的基本規(guī)律； (2) 確定影響艉部塢墩支反力的影響因素，分析得出各影響因素的影響程度：艉傾角 >縱穩(wěn)性高>排水量>漂心位置； (3) 計(jì)算艉部塢墩支反力的最大值，并校核計(jì)算結(jié)果的正確性； (4) 繪制擬合曲線，得到船舶出塢起浮全過程艉部塢墩支反力的變化情況。2. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)算方法，其特征在于，步驟（1)中，數(shù)學(xué)模型的建立以力的平 衡原理為基礎(chǔ)：重力G、浮力B、艉部塢墩支反力XR相平衡，，重力對(duì)艉端點(diǎn)0 的力矩Ms與浮力力矩Μ B、艉部塢墩支反力的力矩MR相平衡，3. 如權(quán)利要求2所述的計(jì)算方法，其特征在于，船艏上浮過程中，艉部塢墩支反力達(dá)到 最大值；船艉上浮過程中，艉部塢墩支反力為0。4. 如權(quán)利要求3所述的計(jì)算方法，其特征在于，步驟（3)中，校核計(jì)算結(jié)果的正確性以 出塢起浮作為進(jìn)塢落墩的逆過程進(jìn)行分析。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種出塢船舶艉部塢墩支反力的計(jì)算方法。其包括如下步驟：(1)按照船艏上浮前、船艏上浮、船艉上浮三個(gè)階段，對(duì)出塢起浮船舶進(jìn)行受力分析，建立數(shù)學(xué)模型，定量分析艉部塢墩支反力隨外部吃水變化的基本規(guī)律；(2)確定影響艉部塢墩支反力的影響因素，分析得出各影響因素的影響程度：艉傾角＞縱穩(wěn)性高＞排水量＞漂心位置；(3)計(jì)算艉部塢墩支反力的最大值，并校核計(jì)算結(jié)果的正確性；(4)繪制擬合曲線，得到船舶出塢起浮全過程艉部塢墩支反力的變化情況。所述計(jì)算方法不僅可計(jì)算艉部塢墩支反力的最大值，還可以計(jì)算出塢起浮全過程的艉部塢墩支反力，做出艉部塢墩支反力隨吃水變化的擬合曲線，作為安全生產(chǎn)的技術(shù)依據(jù)。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號(hào)】CN105279322
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510653726
【發(fā)明人】吳兆陽
【申請(qǐng)人】上海外高橋造船海洋工程設(shè)計(jì)有限公司
【公開日】2016年1月27日
【申請(qǐng)日】2015年10月10日