青島永泰長榮
標(biāo)題: 船舶氣囊下水過程結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化的測試與分析 [打印本頁]
作者: 永泰長榮 時間: 2023-12-30 17:37
標(biāo)題: 船舶氣囊下水過程結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化的測試與分析
為研究船舶重力式氣囊下水過程對船體結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響，采用動態(tài)應(yīng)變儀對某21.500t 散貨 船在下水過程中的船底及上甲板應(yīng)力變化分別進行了測試，測試點布置在船中附近，設(shè)置同步信號進行 采集；同時，用傾角儀對下水過程中船體縱向角度的變化進行了記錄；測試結(jié)果表明：該船舶在氣囊下 水過程中，發(fā)生了艉落現(xiàn)象，船體局部出現(xiàn)應(yīng)力較大區(qū)域.采取局部結(jié)構(gòu)加強、延伸船臺長度、改變船臺 坡度及船臺改造成半潛等措施可以提高大噸位船舶氣囊下水的安全性.
關(guān)鍵詞：船舶；氣囊；船舶下水，應(yīng)力測試；應(yīng)力分析
Abstract: In order to studfy the efiect on the ship structure during the ship launching by using gashag,the test
has been carried out to invesfigate the stress change of upper deck and bilge near the midship of 21500 t bulk cargo ship using dymamic strain gauge.The test resulls were collected by seiting in-phase signal and the change of longtndinal obliquity was memorized by goniometer at the same time.The test results indicate that sterns declime accident happened dhuring the lanmching hy using gashag,the higher stresses were occwrred in the part area of the ship.Measurements such as strengthening the part struchres,exfending the length of slipway under water changing the grade of stlipway altering the slipway inio the semi-submerged slipway should betaken to enhance thesecawrity duringthe high tommage shaplaunching by asing gasbag.
Key worls: ship;gasbag;ship launching;sress test;stress anahsis
0 引 言
近年來，船舶氣囊下水工藝技術(shù)憑借其投資少、
見效快等優(yōu)點在民營造船企業(yè)被迅速推廣，目前它主 要是依靠實踐經(jīng)驗的積累，隨著下水船舶噸位的增加， 發(fā)生結(jié)構(gòu)受損的幾率也在增大；盡管2萬噸左右的船 舶多次成功地利用氣囊下水，但缺乏理論的依據(jù)和試 驗的數(shù)據(jù)證明其安全性；為了減少風(fēng)險，優(yōu)化氣囊下 水工藝，改善船舶結(jié)構(gòu)性能，探討船舶氣囊下水過程 中船體結(jié)構(gòu)不利應(yīng)力的形成機理及演化規(guī)律，從而提 出有效的預(yù)防措施十分必要.
船舶氣囊下水工藝技術(shù)是20世紀(jì)八十年代開始
應(yīng)用并逐漸推廣的1-,目前大多船廠對氣囊下水的計 算仍沿用常規(guī)靜水計算的方法，將船體處理為剛性體， 以重力與浮力對首支點的力矩作為判斷船體起浮的依 據(jù).隨著船舶噸位和長度的增加，艉機型船在艦浮前易 產(chǎn)生“艉下垂”現(xiàn)象，造成船底結(jié)構(gòu)由于少數(shù)氣囊支 撐而局部受損.由于靜水計算方法引入過多的簡化， 加上氣囊的變形等因素，使得實際下水時船舶的運動 狀態(tài)與計算值之間存在較大誤差，不能較準(zhǔn)確地預(yù)測 上述現(xiàn)象，因此需要通過測試手段修正理論計算，從 而提出更科學(xué)的計算方法，以適應(yīng)現(xiàn)代船舶建造質(zhì)量 和對安全控制高標(biāo)準(zhǔn)的要求.
file:///C:/Users/NO1/AppData/Local/Temp/ksohtml5896/wps1.jpg本文利用測試手段對某21,500t 散貨船在利用氣 囊下水過程中的船底結(jié)構(gòu)應(yīng)力及其產(chǎn)生的原因進行了 分析，并提出了有利于改善結(jié)構(gòu)性能的工藝措施.
1 船臺參數(shù)
船廠靠河，下水船舶總長167.5m, 水線長161.2m, 垂線間長158.0m, 型寬23.0m, 型深12.8m, 自重約 610t.其船臺主要參數(shù)及下水潮位如圖1所示.
[attach]8380[/attach]船臺料度08100
圖1 船臺參數(shù)
2 測試部分
2.1 測試系統(tǒng)組成
整個測試系統(tǒng)具體組成如圖2所示.
[attach]8381[/attach]
圖2 測試系統(tǒng)組成[attach]8382[/attach]
1 ) 橋 盒 YE29003. 由于傳輸線路較長，在 10m-30m 之間，配接專用電橋盒 YE29003 以提高測 量精度.采用1/4橋測量，配置補償片，橋盒內(nèi)電阻為 1202精密電阻.
2)多路模擬量轉(zhuǎn)換卡PCLD788. 由16路輸入和1 路輸出構(gòu)成，最大切換時間6μs.通道的切換由多數(shù)字
量輸出PCLD734 控制.
3)動態(tài)應(yīng)變儀YE3817. 它是一種數(shù)顯式直流拱橋 高性能多通道信號放大器，可測量毫伏級交、直流電 壓.測量時，拱橋電壓 DC6V, 放大倍數(shù)2K, 衰減頻 率1kHz, 標(biāo)定1000μs 時顯示電壓6V.正式開始之前 按平衡按鈕，讓所有通道平衡，觀察各通道顯示值， 如果顯示值偏大，檢查線路連接及應(yīng)變片粘貼是否牢 固.當(dāng)船舶下水時，切斷該船舶與外部的電源連接，此 時采用UPS 供電，須再做一次平衡，
4)模擬信號調(diào)理板 PCLD8115.在該板上直接制 作低通濾波器或分壓電路.
5)高精度模/數(shù)采集卡PCL816. 該卡具有16路分 辨率，采樣速率可達100K/S. 同時該板卡也具備16路 數(shù)字量輸入輸出.
2.2 測點布置
船底應(yīng)力的測試點位于105#肋位外底板內(nèi)側(cè)，甲 板處應(yīng)力的測試點位于105#肋位上甲板處，應(yīng)變片順 船長方向布置.具體布置如圖3所示.
箱形中桁材側(cè)板
[attach]8383[/attach]
(a) 船底應(yīng)力測試點
[attach]8384[/attach]
(b) 甲板應(yīng)力測試點
圖3 船底及甲板應(yīng)力測試點
3 結(jié)果與討論
設(shè)置同步信號，以船舶下水的實際時間統(tǒng)一所有 測試的結(jié)果.
3.1 甲板應(yīng)力測試結(jié)果
由圖4可以看出，在下水時刻1126:07以前，上 甲板測點應(yīng)力值恒定為約5MPa,船舶置于氣囊上呈微 中垂?fàn)顟B(tài)；在下水時刻為11:26:08~11:26:33 階段，測 點處應(yīng)力由壓縮轉(zhuǎn)變?yōu)槔觳⒀杆僭龃蟮郊s53MPa, 此時船舶處于中拱狀態(tài)，且向水域移動了約72m; 在
file:///C:/Users/NO1/AppData/Local/Temp/ksohtml5896/wps14.pngfile:///C:/Users/NO1/AppData/Local/Temp/ksohtml5896/wps15.pngfile:///C:/Users/NO1/AppData/Local/Temp/ksohtml5896/wps16.pngfile:///C:/Users/NO1/AppData/Local/Temp/ksohtml5896/wps17.jpg下水時刻11:26:33~11:26:47階段，船舶由中拱迅速轉(zhuǎn) 化為中垂?fàn)顟B(tài)，此時，由于浮力大多集中在船艉，浮 力矩較大，使測點處的最大壓縮應(yīng)力達到約40MPa:
下水11:26:47~11:27:00階段，船舶逐漸起浮，由于船 艉浮力向船艏分散使船舶中垂?fàn)顟B(tài)減弱；至11:27:00 后船舶全浮，船舶在自重和浮力的作用下處于中垂?fàn)?態(tài)，測點應(yīng)力值約為15MPa.
[attach]8385[/attach]
圖4 105#肋位上甲板應(yīng)力隨下水時間的變化
3.2 船底應(yīng)力測試結(jié)果
[attach]8386[/attach]
圖5 105#肋位上船底應(yīng)力隨下水時間的變化
由圖5船底應(yīng)力測試結(jié)果可以看出：
1)在11:26.08以前，船體擱置在上加速向水域移 動，在重力的作用下自由變形，測點處以拉伸應(yīng)力為 主，應(yīng)力的大小隨氣囊滾過該測點的位置有規(guī)律繞一 水平軸變化，船底支撐氣囊數(shù)目未變，氣囊尚未入水； 在船舶下水時間11:26:08~11:26:33,部分氣囊滾入水 中，船底支撐氣囊數(shù)量的隨船體的下滑而減少，105# 肋位的船底應(yīng)力由拉伸應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎s應(yīng)力并呈現(xiàn)出 有規(guī)律地增大，到11:26:33時僅有少數(shù)氣囊支撐，此 時應(yīng)力達到最大值約為400MPa; 在下水時間11:26:35 左右，測點處附近在較短的時間內(nèi)由壓縮應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)?nbsp; 拉伸應(yīng)力，表明測點處已無氣囊支撐，105#肋位橫截 面已移出船臺，船體僅受自身重量，浮力及首部少數(shù) 氣囊支撐而平衡；在下水時間為11:26:35~11:27:00階 段，起初由于船艉入水后浮力較為集中，船體梁在艉 部集中的浮力、自重及艏部氣囊反力的作用下平衡， 測點處拉伸應(yīng)力較大約為250MPa,隨后，約在下水時
刻為11:26:35時，船體起浮，船底艉部集中的浮力逐 漸沿船長方向分散，測點處拉伸應(yīng)力也減少；在 11:27:00 后船舶完全入水，船體處于自由中垂?fàn)顟B(tài)； 船底總縱彎曲應(yīng)力約為100MPa.
2)從船底測點處應(yīng)力變化可知，其最大值已超過 許用應(yīng)力，必須采取加強措施，或?qū)ο滤桨高M行進 一步改進.
3.3 縱向傾角測試
為了進一步研究船舶在下水過程中的縱向角度變 化，以便對船舶是否發(fā)生艉落作出判斷，采用傾角儀 對縱向角度進行測量，傾角儀安裝于第三貨艙約80# 肋位內(nèi)底板縱中剖面處，從圖6可以看出：滑行開始 階段，下水船舶縱向角度變化不大，約為0.3°,約為 氣囊初始高度及船臺傾角；當(dāng)下水時間約為11:26:33 時(船舶已滑行約72m), 船舶縱向角度由0.3°突然增 加到2.8°;在11:26:47~11:27:00階段，浮力矩的增加 使船舶縱向傾角變回到1.2°,隨后在11:27:00時刻后， 在船長方向上船體自身重量、浮力及波浪等因素的作
用下縱搖并自由平衡，縱傾角約為1°.
[attach]8387[/attach]
4 結(jié)論
通過對該船105#肋位上甲板和船底應(yīng)力的測試分 析及下水船舶縱向角度的測量，可以得到如下結(jié)論：
1)該船在下水過程中發(fā)生艦落現(xiàn)象，而之前預(yù)測 的“艉下垂”現(xiàn)象并不明顯；發(fā)生艉落時，局部結(jié)構(gòu) 可能因船臺末端少數(shù)氣囊的支撐發(fā)生了永久性變形；
2)在船舶氣囊下水過程中，船舶結(jié)構(gòu)應(yīng)力的變化 主要取決于船舶下水重量、重心的縱向位置、潮位的 高低、船臺及氣囊下水的工藝等因素.當(dāng)下水潮位一定 時，下水船舶的重心縱向位置過前會造成艉浮時艏部 氣囊反力值過大，而縱向位置過后又會造成滑行過程 中船臺末端反力值過大，甚至出現(xiàn)彎折.另一方面，當(dāng) 其他因素一定時，船臺的坡度和水下延伸長度也會影 響氣囊下水過程中船體的應(yīng)力變化，延長船臺在水中 的長度，增加艉浮前支撐船體的氣囊總數(shù)，使船底集 中應(yīng)力分散，有利于改善船體結(jié)構(gòu)性能；至于這些因 數(shù)的改變對船體結(jié)構(gòu)性能的改善程度有待進一步計算 論證：
file:///C:/Users/NO1/AppData/Local/Temp/ksohtml5896/wps22.pngB&W 公司的船舶中速機產(chǎn)品最具有代表性，其產(chǎn)品 分為L16/24、L21/31、L2738三大系列，總的功率覆 蓋范圍為450kW~2,970kW,主要用于三大主力船型一 油輪、集裝箱船以及散貨船的電站輔機，基本滿足了 三大主力船型的市場需求，市場銷售情況良好.
5)轉(zhuǎn)讓及擴散生產(chǎn)
國外，許多大企業(yè)柴油機以許可證貿(mào)易方式轉(zhuǎn)讓 生產(chǎn)，世界三大柴油機企業(yè)產(chǎn)量近80%是由許可證買 方生產(chǎn).近年來，MAN B&W公司通過向日本、韓國、
中國的柴油機生產(chǎn)廠轉(zhuǎn)讓生產(chǎn)許可證，其產(chǎn)品得到了 迅速發(fā)展.目前，我國遠洋船用中速機70%直接進口國 外原裝機，其余30%幾乎是采用國外許可證技術(shù)制造 的產(chǎn)品，技術(shù)依賴于國外，沒有知識產(chǎn)權(quán).2003年至 2006 年我國部分船用柴油機企業(yè)產(chǎn)量見表1所示.目 前，鎮(zhèn)江中船設(shè)備有限公司年生產(chǎn)能力為200臺~300 臺：陜西柴油機廠年生產(chǎn)能力為150臺-200臺；新中 動力機廠年生產(chǎn)能力為80臺~100臺：安慶船用柴油 機廠年生產(chǎn)能力為100 臺~150臺.
表12003年-2006年部分船用柴油機企業(yè)產(chǎn)量
| 2003年 | 2004年 | 2005年 | 2006年 | 2006年比2005年增長% |
| | | | | 功率×10kW | 臺數(shù) | 功率×10*kW | 臺數(shù) | 功率 |
| | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | |
4 結(jié)束語
實踐證明， 一個國家要在世界造船市場占有一席 之地，強大的國內(nèi)配套是必需的基礎(chǔ).據(jù)悉2005年我 國柴油機年產(chǎn)量為1,274,056臺，同比減少2.94%;年 銷量為1.272,536臺，同比減少2.51%由于我國船用 柴油機產(chǎn)業(yè)發(fā)展滯后，船用柴油機生產(chǎn)跟不上造船業(yè) 的快速發(fā)展，國產(chǎn)柴油機裝船比例持續(xù)下降，柴油機 國產(chǎn)化率僅為51%2007年上半年我國柴油機產(chǎn)量占 世界的17%,而船用柴油機裝船量僅占世界的5.4% 可見未來我國船用柴油機具有很大的發(fā)展空間和市場 前景.
為實現(xiàn)世界造船大國目標(biāo)，我國船用大功率柴油 機產(chǎn)業(yè)應(yīng)抓住船舶動力裝置需求穩(wěn)步增長的大好機遇。
= 1 = 1 =+ - - -- - * -- - - = : =
(上接第18頁)
3)綜上所述，由于氣囊的工作高度，使下水潮位 相對降低，因此利用氣囊下水時，船舶發(fā)生艉落現(xiàn)象 的幾率較大；高噸位船舶下水時，需采取局部結(jié)構(gòu)加 強、延伸船臺、改變坡度及船臺改造成半潛等措施予 以改善.
參考文獻：
[1]涂少波.船舶氣囊下水工藝實踐及發(fā)展前景[J].中國造 船，1997,138(3)88-92
[2]黃立身.船舶氣囊上下水應(yīng)用現(xiàn)狀與應(yīng)改進的問題[].
加強引進技術(shù)產(chǎn)品的消化、吸收和改進提高：加大技 術(shù)創(chuàng)新的力度，自主開發(fā)形成一批具有自主知識產(chǎn)權(quán) 的船用柴油機產(chǎn)品，真正做到國輪國造和自主配套， 總之我國船用大功率柴油機產(chǎn)業(yè)發(fā)展將面臨新的機遇 和挑戰(zhàn).
[attach]7481[/attach]
聲明：以上有關(guān)船用氣囊和橡膠護舷的資料部分會青島永泰長榮工廠技術(shù)資料，也有網(wǎng)絡(luò)上搜集下載所得，本著氣囊護舷行業(yè)資料共享的精神，我們拿出來分享，如有侵權(quán)，請聯(lián)系0532-84592888刪除，謝謝
| 歡迎光臨 青島永泰長榮 (http://www.uz51.cn/) |
Powered by Discuz! X3.4 |