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某LPG船在建造過(guò)程中，為了下水后安裝液罐的方便，在下水前，船體的中部貨艙段不安裝甲板和頂邊水艙，致使船體中段的剛度和強(qiáng)度都明顯削弱。顯然，以往把船體作為剛體處理的下水計(jì)算方法此時(shí)已不適用。采用有限元分析方法，把船體模擬成支承在彈性基礎(chǔ)上的彈性梁，應(yīng)用接觸單元的松弛模擬船體的下水進(jìn)程，預(yù)報(bào)在滑行全過(guò)程中前支架反力和船體內(nèi)力(彎矩、切力)的變化，可發(fā)現(xiàn)在弱結(jié)構(gòu)形式下LPG船的下水強(qiáng)度明顯不足。為此，我們經(jīng)過(guò)數(shù)次調(diào)整下水方案，提出了在第3，4壓載艙加壓載水及在頂部進(jìn)行適當(dāng)加強(qiáng)的方案，并通過(guò)對(duì)該LPG船下水全過(guò)程中內(nèi)力最大的瞬間(滑行距離為112.75m時(shí))進(jìn)行一個(gè)艙段的三維強(qiáng)度分析，發(fā)現(xiàn)在船體頂部靠近艙壁處有應(yīng)力集中現(xiàn)象，因此提出了相應(yīng)加強(qiáng)方案，以確保船體下水時(shí)的總縱強(qiáng)度和局部強(qiáng)度，最終經(jīng)濟(jì)、合理地解決了該類船下水強(qiáng)度不足的難題。
把船體視為變截面(變剛度)的彈性梁，并用有限元的梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬。在初始時(shí)刻(未開(kāi)始下水時(shí))，該船體梁從舶支架至娓支架由若干個(gè)彈性支座所支承，彈性支座系滑道對(duì)船體梁的支承。該支承可在墩木(墩木及下水橫梁)位置直接設(shè)置，也可由彈性基礎(chǔ)概念均勻設(shè)置。由物理概念可直接確定這些彈性支座具有只能承壓而不能受拉的功能，稱之為接觸元。下水前，船體梁僅受沿船長(zhǎng)分布的重力和滑道墩木的支座反力作用。下水過(guò)程中，當(dāng)艇部入水后，船體梁沿入水部分還作用有分布的浮力。船體梁重力及其分布是始終不變的，而浮力和支座反力及其分布卻隨滑程而變化，而且支座的個(gè)數(shù)也會(huì)隨著船體滑出船臺(tái)滑道末端而不斷變化。此時(shí)由于船體梁載重量分布和剛度分布的特點(diǎn)，船體梁可能會(huì)產(chǎn)生反彎曲現(xiàn)象，也即滑道上的部分船體梁會(huì)與滑道脫開(kāi)，彈性支座對(duì)船體不起支承作用。
在本計(jì)算中就發(fā)生反彎曲現(xiàn)象，所以我們用接觸元描述支座的支承情況是十分合理、符合實(shí)際情況的。在應(yīng)用有限元法計(jì)算時(shí)，我們把初始位置到船體全浮的下滑過(guò)程分成若干次計(jì)算。在每次計(jì)算中要判斷有效的支座數(shù)，根據(jù)重力、浮力和支座反力相平衡的條件，確定實(shí)際平衡位形。正確計(jì)算每一滑程位置下船體梁的內(nèi)力和應(yīng)力分布、舷支架反力、浮力和浮力位置。從理論上講，每一次滑程增量越小越好，但實(shí)際計(jì)算中也無(wú)此必要，一般取5-10個(gè)肋距即可。當(dāng)接近娓浮或全浮時(shí)，應(yīng)注意控制滑程增量，否則，可能會(huì)丟失船體梁應(yīng)力峰值出現(xiàn)的時(shí)刻。在計(jì)算中也可得到舶支架在整個(gè)下水過(guò)程中的反力變化。作為船體梁在下水時(shí)的總縱強(qiáng)度分析，可計(jì)算得到在下水每一滑程位置時(shí)沿船體梁的垂向彎矩、切力和應(yīng)力分布，同時(shí)還可給出在每一滑程位置時(shí)的舶支架反力。
為了保證計(jì)算精度和滑程控制的靈活性，船體梁離散時(shí)將每一個(gè)肋位都取作一個(gè)節(jié)點(diǎn)，把整個(gè)船體離散成216個(gè)節(jié)點(diǎn)和215個(gè)梁?jiǎn)卧牡刃椥宰兘孛媪骸D顯示了船體下水前在船臺(tái)上的位置和總體布置情況，其主要參數(shù)如下：前支架位置#186肋位處前支架至滑道末端距離202.3m，滑道末端水深滑道坡度3.0m0.05船體兩柱間長(zhǎng)L=147.0m。由于船體在下水時(shí)艙內(nèi)液灌還未到位，因而甲板和頂邊水艙都不能安裝。這樣，船體中部貨艙段的剖面就顯得很弱。試算表明，其下水強(qiáng)度無(wú)法保證。為此，進(jìn)行多種下水方案的探討，在盡可能簡(jiǎn)化建造工藝，縮短建造周期的前提下選定了下述下水方案：(1)在貨艙段上部設(shè)置一縱通的箱形加強(qiáng)結(jié)構(gòu)；(2)在第3，4兩個(gè)壓載艙內(nèi)裝滿壓載水。圖給出了增設(shè)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)后的中部剖面。當(dāng)船體下滑至昵部入水后，浮力逐步增加且浮心前移，浮力是根據(jù)船體浸水深度，按邦金曲線算得的。由于船體浸水部分隨下水過(guò)程不斷變化，計(jì)算浮力分布顯得十分繁瑣。在計(jì)算程序中專門編制了相關(guān)程序，自動(dòng)算出每一滑程的浮力分布并化成等效節(jié)點(diǎn)力施加到船體梁上。
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