船舶采用氣囊下水工藝的船臺壓力計算

jimosea

我國在上世紀(jì)80 年代發(fā)明了船舶氣囊下水工藝。該工藝用氣囊作為船舶下水工具，將船臺上已建造完成的船舶用多個氣囊頂起，去掉支墩，再在船艏施加一定或船艉施加一定的力，使船舶在氣囊的滾動下沿船臺與下水坡道下水。由于該工藝無需建造滑道，下水操作簡易，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯，因此，現(xiàn)已在國內(nèi)中小型造船企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。每年采用該工藝成功下水的有上百艘船舶，并已在國外船廠中得到使用。但對該工藝的理論研究還較為缺乏， 國內(nèi)外報道的研究成果很少， 提出的觀點主要針對計算氣囊承載力問題，對于下水過程中船舶、船臺的受力變化計算均沒有較詳細(xì)的研究。這主要因為在氣囊滾動下，船舶下水是動態(tài)的，加之氣囊在下水過程中內(nèi)壓的變化很難找到規(guī)律，研究較為復(fù)雜，所以理論研究相對缺乏， 因而不僅使人們對采用該工藝下水的船舶安全性產(chǎn)生疑慮，也影響該工藝的推廣。
本研究針對下水過程中船舶、氣囊、船臺間的相互作用力提出寬支座彈性計算模型， 并應(yīng)用該模型進(jìn)行實例計算分析， 認(rèn)為該模型可用于下水過程中的船臺壓力分析。

通過對氣囊工作高度的分析， 結(jié)合氣囊工作長度，可以計算出每個氣囊的承載力。經(jīng)計算，全部氣囊的承載力為4 351×107 N， 船梁對氣囊的壓力為4 331×107 N。經(jīng)比較，誤差為0.5%，符合要求，表明計算是正確的。
由于上述計算將氣囊簡化為單個彈簧， 與實際狀況不盡相同，因此需在計算出氣囊工作寬度后，將彈簧按并聯(lián)原理分為數(shù)個彈簧， 使每個氣囊成為多點支撐的寬支座模型。經(jīng)計算，由于每個氣囊的工作寬度在0.7～0.8 m，且相差不大，因此，確定每個氣囊相當(dāng)于由4 個彈簧組成， 則單個氣囊里每個彈簧的剛度為k=Ki/4 。同理，建立上述計算模型，再次計算彈簧對船梁的反力， 計算結(jié)果比單彈簧模型更接近實際受力狀況，數(shù)值基本同上。在得出每個氣囊對船臺的壓力后，船臺的受力狀況，如沉降、內(nèi)力等可按規(guī)范要求進(jìn)行計算。同理，可對船梁的變形、應(yīng)力等進(jìn)行分析，也可得到船梁總縱彎矩與切力圖譜，以校核該階段的船梁總強(qiáng)度。
2.2.2 其他階段計算及分析
通過對上述不同行程下船舶的受力進(jìn)行分析，得出整個下水過程中船梁、船臺受力狀況（包括船梁總縱彎矩與切力等）。結(jié)合建造時船臺的原始設(shè)計，可確定船臺壓力設(shè)計值， 也可校核整個下水過程船梁總強(qiáng)度是否滿足要求。通過對不同行程下船臺的壓力計算發(fā)現(xiàn)， 船臺在整個下水過程中船臺板的最大壓力處于船舶抬升階段， 滑道下水工藝中船臺板最大壓力處于艉浮階段有所不同，因此，船臺設(shè)計中，在滿足氣囊滾動速度一致、氣囊距離不變的條件下，只需比較坐墩時與氣囊抬升時的船臺板最大壓力， 即可得到船臺壓力的設(shè)計值。
3 結(jié)論
目前，船舶采用氣囊下水工藝的船臺、船體受力計算，還只停留在力學(xué)平衡計算階段，無法考慮氣囊對船體支撐是否會對船體變形產(chǎn)生影響。本研究通過將氣囊彈簧化， 提出關(guān)于船梁與船臺板受力分析的寬支座彈性計算方法， 可以分析船舶整個下水過程中船梁、船臺的受力狀況，主要針對船臺壓力進(jìn)行分析。采用二維有限元方法計算，比較容易，在一定程度上解決了船舶氣囊下水過程中船臺壓力計算的關(guān)鍵問題。