第４０卷第５期 ２０１１年１Ｏ月 船海Ｔ程 ＳＨＩＰ＆ＯＣＥＡＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．５ （）ｃｔ．２Ｏ１１ 船舶纵向滑道下水崩墩现象研究 刘宏。吴忠，翟高进，谭新东，郭林 （泰州口岸船舶有限公司设计工艺部，江苏泰州２２５３２１） 摘要：为避免船舶纵向滑道下水过程中由于拆除支墩顺序不合理引发崩墩而造成船体外板局部因受 力过大，发生变形或者直接破坏，运用有限元分析与实船验证相结合的方法对５７ ０００ ＤＷＴ散货船崩墩现象 进行研究，并对拆除支墩顺序进行优化设计，采用优化的拆除支墩方案，没有发生崩墩现象。 关键词：船舶；船舶纵向滑道下水；崩墩；有限元；变截面弹性支座梁 中图分类号：Ｕ６７１．５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１—７９５３（２０１１）０５—００３０—０３ 船舶下水方式的选择要根据船厂的设施、船 舶尺寸吨位、船厂工艺等因素确定［１］。本公司使 用船舶纵向滑道下水，为避免由于拆除支墩顺序 ２原支墩布置及拆除方案 船舶坐墩状态下支墩布置图见图１。下水船 不合理而引发崩墩现象，运用有限元分析方法对 崩墩的原因进行探讨，并对拆除支墩顺序进行优 化设计 舶由中墩、第一边墩、第二边墩、第三边墩和滑板 左右对称支撑。公司原用的船舶纵向下水拆除支 墩步骤如下。 １崩墩解决思路 ５７ ０００ ＤＷＴ散货船船舶纵向下水时，在拆 除中墩过程中，在机舱位置处边墩发生崩墩现象， １）先拆除中墩，拆除中墩时，拆墩人员分为 两组，第一组人员从船艉向船舯拆除中墩，第二组 人员人从船舯向般艏拆除中墩； ２）拆除完中墩后开始拆除边墩，拆墩人员分 并造成部分区域支墩坍塌，船体产生振动并发生 巨大响声，试航后进坞发现，船体外板产生严重变 形。为了保证拆除支墩过程中船舶的安全，应预 先采用有限元分析方法对下述情况进行预报ｌ＿２］。 １）拆除支墩过程中下水船舶的总纵弯矩和 剪力的分布和变化情况；如果船舶承载了大于其 极限承载能力的总纵弯矩，则会导致船舶甲板或 者底板的破坏，危及下水船舶的安全。 ２）拆除支墩过程中支墩反力的大小与分布 情况；支墩力将引起船体的局部变形，局部支墩力 过大将引起船体结构的永久性变形。 ３）拆除支墩过程中支墩强度破坏或失稳；部 分支墩极可能会被压溃，船底压力会转移到相邻 支墩，从而引起连锁反应，造成大面积区域的支墩 为两组，两组人员由船舶尾部向首部沿船台左右 对称拆除第一排边墩； ３）第一排边墩拆除完成后，两组人员由尾部 向首部对称拆除第二排边墩； ４）第二排边墩拆除完成后，两组人员由尾部 向首部对称拆除第三排边墩，直至边墩全部拆完； 当边墩全部拆除后，船舶完全由滑板支撑。 公司在拆除５７ ０００ ＤＷＴ散货船舯墩时，经 常发生崩墩现象，给船舶纵向滑道下水埋下了安 全隐患。 ３ 力学模型 基于薄壁梁弯矩理论并结合实际拆除支墩工 艺，拆除支墩力学模型为变截面弹性支座梁力学 模型＿３＿ 。如图２所示，将下水船舶简化为一维变 截面梁，刚度为ＥＩ （ｚ）；边界条件为两端自由；自 发生崩墩，使下水船舶处于不稳定状态。 收稿日期：２０１１—０４～１２ 修回日期：２０１卜Ｏ４—２１ 身重量分布为Ｐ （ ）；船舶与船台之间的相互作 用靠支墩来传递，支墩用单向受压的弹簧来模拟， 作者简介：刘宏（１９６８一），男，学士，工程师。 刚度为Ｋ ，弹簧顶部与船舶连接，支墩底部刚性 固定，每个等效支墩的自身重量为Ｐ．。拆除支墩 过程用改变支墩的弹簧刚度来模拟，如果某肋位 研究方向：船舶制造工艺 Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｅｃｈｎｉｃ＠ｃｎｋａｓｃ．ＣＯｇＩ１ ３０ 船舶纵向滑道下水崩墩现象研究——刘宏，吴忠，翟高进，谭新东，郭林 处的支墩拆除或者支墩发生脱离，则此处的弹簧 ｌ— 刚度为０。 ｉ ｉ ｎ－ 一第三排边墩 —— ｎｎｉｉｉｉ－－－ｉ－－ｉｉ …ｉｎ ｉｉ・ Ｉ ｉｉｎ－－ｉ－ｉ－－— ＼一、＼ ！ ： 暖燕融１ ．．．．．一．．． ．：：：： ：：：．ｉ ：：：： ．Ｎ： ： ： ：： ．一．． 一一、 ｏ ｅ ｎ ａ一第二排边墩 第— Ｆ边墩 …一—ｉ ： ：：遴菩霉 芝三 ……兰 － …ｉｉｉｉ ｉｉ ｉ－ｌ一－ －一－－１－－－．ｎ：——： —：： ／—：： ／ ｌ：：：：：：：：： 中墩 －一－－－ ＿＿一一 图１支墩布置 船舶 支墩 表１原始方案３８号助位拆除中墩计算结果 船台 图２变截面弹性支座梁力学模型 ４崩墩原因分析 ４．１坐墩状态 根据建立的力学模型，运用有限元计算软件 对船舶初始坐墩状态下的支墩力进行计算，计算 结果见图３。 Ｚ 拯 肋位 注：序号为拆除支墩的顺序，拆除支墩区域为肋位范围 图３坐墩下支墩力分布 有发生崩墩的危险。５７ ０００ ＤＷＴ散货船实船拆 除支墩过程中，在机舱位置处（３８号肋位区域）的 边墩发生崩墩，有限元仿真计算结果与实际情况 图３中见船舶尾部支墩承受的支墩力明显高 于货舱部位和首部；由于尾部线型变化较大，尾部 沿船宽方向布置的支墩数量相对于货舱部位来 说，数量较少，这就存在一个矛盾，受力较大的肋 比较吻合。可见，有限元计算结果可以较真实地 反映拆除支墩过程中支墩力、弯矩和剪力的变化。 位处，支墩数量反而较少，成为安全隐患。 ４．２拆除支墩力学分析 ８ 运用有限元软件模拟５７ ０００ ＤＷＴ散货船拆 除中墩的计算结果，见表１。 序号１～２区域内中墩敲完后，支墩反力分布 见图４。 蓑 ６ ２ ｌｌ 一．．ｕ 舢¨¨．．．．．．．．ｍ．．．．．．Ⅲ¨山． 肋位 从表１和图４中可见：①序号１～２区域内中 墩敲完后，最大支墩反力位于３８号肋位处，支墩 图４序号１～２区域内中墩敲完后支墩力分布 反力高达１０ ３４２ ｋＮ；②肋位３８号处只有第一边 墩，没有第二边墩和第三边墩，由于拆除支墩区域 较少，当此处中墩敲完，大部分力由第一边墩承 受。所以３８号肋位处及其周边区域内的边墩具 ５ 支墩拆除顺序优化设计 优化后的５７ ０００ ＤＷＴ散货船纵向下水拆除 支墩顺序为：拆除中墩时，拆除中墩人员分为两 ３１ 第５期 船海工程 第４０卷 组，第一组人员从船舯向船艉拆除，第二组人员从 当区域７中墩拆除完，最大值从５ ２８３ ｋＮ增加到 ９ ８６２ ｋＮ，此时由于其他区域中墩已经敲完，船底 与滑板紧密接触，由于船舶滑板相对与边墩来说 船舯向般艏拆除，两组同时进行；优化方案的计算 结果见表２。 表２优化后方案计算结果汇总 承受的力的比例较大，边墩受力较小，ＦＲ３８号助 剪力／ 序 号 １ 拆除支 ，上 墩区域 ］５ 最大支 墩力／ｋＮ５ ０２４ 弯矩／ 位崩墩危险较小。进行船舶后续下水时，中墩敲 击顺序为新方案，敲中墩时没有发生崩墩现象。 ×１０。Ｎ・ｍ×１０ Ｎ ７．０７ ＦＲ１０３一ＦＲ１１５ ＦＲ１１８＿ＦＲ１３０ ＦＲ８９一ＦＲ１Ｏ１ ２ １５ ５ ０２４ ７．０７ ８．０７ ８．０７ ６ 结论 １）有限元计算软件可以准确计算和预测拆除 支墩过程中支墩反力、船舶弯矩和船舶剪力的变化。 ２）优化后的中墩拆除方案有效避免了崩墩 现象的发生。 ＦＲ１３３一ＦＲ１４５ ＦＲ７４一ＦＲ８６ ３ １５ ＦＲ１５１一ＦＲ１６３ ＦＲ５９一ＦＲ７１ ５ ０２４ ７．Ｏ８ ８．Ｏ７ ４ ＦＲ１６６一ＦＲ１８Ｏ ＦＲ４４ ＦＲ５６ １５ ５ Ｏ２１ ７．１Ｏ ８．Ｏ７ ３）由于尾部支墩受力较大，布置于尾部区域 的支墩结构强度应该明显大于货舱区域和首部区 域的支墩结构强度。 ５ 】５ ５ Ｏ１９ ７．０６ ８．０７ ＦＲ１８３一ＦＲ１９３ ＦＲ３ｌ—ＦＲ４１ ６ １ ５ ５ ２８３ ６．７３ ＦＲ１９６ ｎ ０８ ７ ８・０７ １１．６０ 参考文献 ＦＲ１ ７一ＦＲ２８ Ｆ｝ １１ ＦＲ２２８ ３８ ９ ８６２ ２Ｏ．５０ ［１］纪卓尚．船舶制造工艺力学［Ｍ］．北京：国防工业出版 社，２００６． ［２］翟高进，谢云平，薛Ｚ 云．基于矩阵位移法的浮箱载船 林．７６０００ＤＷＴ散货船浮箱载船 下水分析方法［Ｊ］．船海ｌＴ程，２０１０（５）：６５ ６８． ［３］陈轶锋，翟高进，郭努 下水研究ＥＪ］．船舶，２０１０（５）：５１—５４． ［４］陈轶锋，翟高进，谭新东，等．枯水期船舶纵向下水辅 图５两种敲墩方案支墩力变化对比 助工装研究［Ｊ］．船海工程，２０１０（５）：５４—５７． ［５］顾永宁．船舶纵向下水弹性计算方法和结构安全性 Ｉ－ｊ］．上海交通大学学报，１９９６（１０）：１０４ １１０． ［６］陈铁云，陈伯真．船舶结构力学［Ｍ］．上海：上海交通 大学出版社，１９９０． 从表２和图５可见：在ｌ～６区域，中墩拆除完 后最大支墩力基本没有变化，在５ ０００ｋＮ左右，弯 矩、剪力和位移变化也较小，具有较好的稳定性； Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｏｆ Ｂｌｏｃｋ Ｃｏｌｌａｐｓｉｎｇ Ｄｕｒｉｎｇ Ｓｈｉｐ Ｌａｕｎｃｈｉｎｇ ｏｎ Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ Ｓｉｄｅｗａｙ ＬＩＵ Ｈｏｎｇ，ＷＵ Ｚｈｏｎｇ，ＺＨＡＩ Ｇａ０－ｊｉｎ，ＴＡＮ Ｘｉｎ－ｄｏｎｇ，ＧＵＯ Ｌｉｎ （Ｉ）ｅｐｔ．ｏｆ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｚｈｏｕ Ｋｏｕ ａｎ Ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｔａｉｚｈｏｕ Ｊｉａｎｇｓｕ ２２５３２１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｒｉｎｇ ｓｈｉｐ ｌａｕｎｃｈｉｎｇ ｏｎ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｓｉｄｅｗａｙ，ｔｈｅ ｕｎｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｄｅｍｏｌｉｓｈｉｎｇ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｗｉｌｌ ｃａｕｓｅ ｔｈｅ ｐｈｅ— ｎｏｍｅｎｏｎ ｏｆ ｂｌｏｃｋ ｃｏｌｌａｐｓｉｎｇ，ａｎｄ ｌｏｃａｌ ｓｈｅｌｌ ｐｌａｔｅ ｓｕｆｆｅｒｅｄ ｂｌｏｃｋ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｆｏｒｃｅ，ｌｏｃａｌ ｓｈｅｌｌ ｐｌａｔｅ ｗｉｌｌ ｄｅｆｏｒｍ ｏｒ ｂｒｅａｋ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔＯ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ，ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ＦＥＡ ａｎｄ ｒｅａｌ ｓｈｉｐ ｔｅｓｔ ｗｅｒｅ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｂｌｏｃｋ ｃｏｌｌａｐｓｉｎｇ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ， ａｎｄ ｃａｒｒｙ ｏｕｔ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｄｅｍｏｌｉｓｈｉｎｇ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｌａｕｎｃｈｉｎｇ ｏｆ ｆｏｒ ５７ ０００ ＤＷＴ ｂｕｌｋ ｃａｒｒｉｅｒ．Ｔｈｅ ｂｌｏｃｋ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｄｉｄｎ ｔ ａｐｐｅａｒ ｉｎ ｔｈｅ ｌａｕｎｃｈｉｎｇ ｗｉｔｈ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｍｏｌｉｓｈｉｎｇ ｓｅｑｕｅｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｈｉｐ ｌａｕｎｃｈｉｎｇ；ｓｈｉｐ ｌａｕｎｃｈｉｎｇ ｏｎ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｓｉｄｅｗａｙ；ｂｌｏｃｋ ｃｏｌｌａｐｓｉｎｇ；ＦＥＭ；ｖａｒｉａｂｌｅ ｃｒｏｓｓ—ｓｅｃｔｉｏｎ ｅ— ｌａｓｔｉｃ ｓｕｐｐｏｒｔ ｂｅａｍ ３２
