基于有限元法的船舶干塢狀態下注入壓載水塢墩受力分析

摘 要：在船舶出塢之前需要給其艙室內（壓載艙、貨油艙）內打入足夠的壓載水以調節船舶起浮后的浮態，盡量使其保持平浮狀態；然而，對于大型船舶來說，需要打入大量的壓載水以調節其浮態，這就需要研究其在干塢狀態下注入壓載水后墩木的受力情況。鑒于目前分析受力的方法稍顯粗略，本文通過有限元方法進行數值模擬，以期達到較準確的墩木受力分析的目的。

關鍵詞：大型船舶；干塢；塢墩；壓載水；有限元法；受力

Analysis on Stress of Docking Blocks after Filling Ballast Water into BWT/COT of Ship by FEA Method

HE Gunagwei， XUE Lin

( CSSC Guangzhou Longxue Shipbuilding Co;Ltd. Guangzhou 511462 )

Abstract: Generally， enough ballast water will be pumped into BWT/COT before ship launches to adjust ship’s floating condition. However， a great deal of ballast water will be needed for large ships to adjust floating condition. So it is very import to study the stress of docking blocks in dock after filling ballast water. This paper carries out mathematical simulation by FEA method to realize precise stress analysis of the docking blocks.

Key words: Large ship; Docking; Docking blocks; Ballast water; FEA; Stress

1 前言

本文通過有限元計算在干塢壓載狀態下，船體以及塢墩的受力情況，并校核船體結構的局部強度以及塢墩的安全性；得出一個以有限元計算為手段的船舶出塢、坐墩受力計算的一般方法。同時，研究在船舶研發工作中，結合船舶建造、營運時船舶坐墩的需要的結構設計方法，并為建造中的布墩提供指導建議。

2 308 000 DWT VLCC干塢狀態注入壓載水塢墩受力情況

2.1 有限元模型

有限元建模、分析軟件使用DNV船級社patran-pre和sesam; 對NO.2貨艙及壓載艙區域進行有限元建模，考慮到結構及載荷的對稱性，有限元建模范圍為該區域的1/4; 船體結構邊界條件為：前端和后端約束其X向平動，縱剖面處約束其Y方向平動，墩木約束其Z向平動；墩木所受載荷為船體結構及壓載水對其產生的靜壓力，見圖1。

2.2 分析方法

給NO.2 COT(P\\C\\S)各注入壓載水6 000、8 000、6 000 t壓載水，此時各艙的液位高度分別為8.15 m、7.14 m、8.15 m，對墩木的受力狀況進行分析。

2.3 分析結果

貨油艙注入壓載水時塢墩及結構受力情況，此時結構的受力大小為41 MPa，塢墩受到的最大支反力大小為226 t，結構最大變形為2.1 mm，產生在外底與塢墩接觸位置，見圖2。

3 82 000 DWT散貨船干塢狀態注入壓載水塢墩受力情況

3.1 布墩與與干塢壓載方案

見圖3、圖4。

3.2 有限元模型

見圖5。

3.3 計算工況

工況1，坐墩不加壓載水；

工況2，坐墩加壓載水：第2第3壓載艙滿，第1壓載艙半艙。

3.4 計算結果及分析

見圖6、圖7、圖8。

墩木受力不均勻性計算每個墩木受力與平均受力比值，以反映墩木受力的不均勻性的程度，分別見表1、表2。

4 結論

1）對308 000 DWT VLCC， 船舶在干塢狀態下將壓載水打入貨油艙塢墩受力為226 t，對塢墩進行承壓試驗，塢墩在壓力加到260 t時，水泥墩表面正常，沒有出現新裂紋，故此時塢墩受力安全。

2）對82 000 DWT散貨船。

① 塢墩布置滿足塢內打壓載水的承重要求；

② 墩木的受力是不均勻的，最大的承重能達到平均承重的2.7倍；

③ 通過本計算案例，可以知道塢墩的受力并不均勻，按照平均受力法的計算辦法布置塢墩時應該考慮一個不小于2.5倍的安全系數，如果不能達到該安全系數時，應該開展有限元直接計算分析，以確認安全性。

參考文獻

[1] 劉鴻文. 材料力學[M]. 高等教育出版社.2004.1

[2] 鋼質海船入級規范（第七分冊）[M]. 人民交通出版社， 2009， 8

[3] 陳鐵云.陳伯真.船舶結構力學[M].上海交通大學出版社， 1990

[4] 劉兵山.黃聰.Patran從入門到精通[M].中國水利水電出版社， 2003