[发明专利]一种船台下水船舶底部结构局部强度的确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及船舶设计阶段船舶从船台上下水时局部强度的确定，更具体地说，涉及船舶底部结构局部强度的确定。

背景技术

船舶滑道下水时，底部结构常发生损伤。如果提前进行底部结构局部强度分析，发现强度不足区域，就能在下水前对该处做结构加强，或采用其它方法避免下水过程中底部结构损伤。若采用船舶整体结构三维有限元建模方法分析底部结构局部强度，虽然精确度高，但模型建模工作量巨大，所用时间长，该方法在实际船舶建造时难以采用。现实采用理论力学方法可进行下水过程船舶总体强度计算，算出下水过程中船体各横截面处所受的弯矩及剪力值，与许用值作比较，预报总体强度是否满足要求。但不能计算出底部支墩处受力状况，不适应底部结构局部强度分析的要求。

此外，现有技术中，倾斜混凝土船台上铺设钢木滑道。船体由底部支墩支撑在滑道上。下滑开始后，支墩随船体一同沿滑道向水下滑动。船舶通常艉部向前先入水。入水后支墩沿滑道滑行一段距离后脱离，失去对船体的支撑作用。假设沿船长方向各排支墩从入水到脱离的滑行距离均相同。船体结构受结构自身和设备重量产生的重力，水的浮力，及下部支墩反力共同作用。初始阶段对船艏重力力距大于浮力力距，靠近艉部及机舱区域由于部分支墩脱离的原因，该区域存留在船台上的船体底部支墩承压大，该处支墩反力大，会出现底部结构应力极值区域，结构容易受损。后期随船体入水体积加大，浮力力距大于重力力距。船舶会绕船艏支架转动，船舶重量仅靠艏支架支撑。该处结构受力大，也容易损坏。

船舶下水是个动态的过程，现有技术采用整体三维有限元建模分析或船体梁计算均采用多位置静态计算方法模拟动态下水分析过程。既从船体入水至全浮状态依次选取一系列船舶在滑道上不同滑行位置，假设船舶在各位置静止在船台上，分别做静态计算分析，每个位置为一个计算工况，以此模拟替代动态下水分析，忽略水阻力及滑道摩擦力的影响。

发明内容

本发明拟研发新方法，用于船台下水船舶底部结构局部强度的确定，用该方法得到的结果，精确度能满足下水过程底部结构局部分析的要求，同时能大大减少有限元建模工作量，缩短现有技术本项工作的时间，提高效率。

为了达到上述目的，本发明提供一种船台下水船舶底部结构局部强度的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步将船舶整体结构简化成一根沿船长方向的变截面薄壁梁，并在支墩位置受垂向弹性支撑；

在船台下滑过程中选取一系列滑行位置为工况，获取各支墩处船体结构承受的支墩支反力值，确定结构各受力极值位置；

第二步对受力极值位置处结构进行局部三维有限元模型强度分析，确定各区域的结构强度。

其中，步骤一的具体过程为：

S11）根据除船舶尾部区域外各支墩沿船长方向等间距设置的条件，从艏至艉沿船长方向分别取每两个支墩之间的一段船体结构，将每一段船体结构近似为从前到后剖面特性相同的平直结构；计算出各段船体结构剖面特性，包括：横截面面积、垂向惯性矩、水平方向惯性矩、垂向剪切强度、、剖面高度、、剖面宽度及中和轴位置；

依据各段船体结构剖面特性，建立整体船体梁模型；模型由若干段梁单元组成，每段梁单元代表两个支墩之间的一段船体结构；梁单元属性根据前面计算的各段船体结构剖面特性确定；各梁单元沿船长方向首尾相互连接，连接节点在各支墩位置；

S12）计算支墩处弹性刚度：根据船体结构及支墩均左右对称的情况，将船体结构简化为单根薄壁梁，支墩处刚度由船体结构刚度K2串联支墩刚度K1组成；根据公式K1=EA/L计算底部支墩刚度，其中，K1为支墩刚度，E为松木材性系数，A为支墩横截面积，L为支墩高度；

在船体结构三维有限元模型底部支墩位置施加单位点载荷，读取各处变形值，计算底部结构刚度K2；建立艏部支架区域结构的有限元模型；刚度K2=P/dy,P为单位点载荷值，dy为局部有限元模型上读取的该处结构变形值；用公式1/K=1/K1+1/K2合并支墩和结构刚度，求出刚度K用作底部支墩处支撑刚度；

建模时采用固定长度梁单元模拟支墩处支撑条件，梁单元垂直船台基面，上部与船体梁单元模型节点连接，下部刚固；根据求得的刚度K计算各梁单元截面积，即A=KL/E，E为钢材材性系数；根据各截面积A确定模拟支墩处支撑条件的各垂向梁单元的横截面积。