机舱总段整体吊装分析.pdf

船 舶 与 海 洋 工 程年 第卷 第期（总 第期）收 稿 日 期：基 金 项 目：国 防 基 础 科 研 项 目（）作 者 简 介：徐 烁 硕，男，工 程 师，硕 士，年 生。年 毕 业 于 江 苏 科 技 大 学 船 舶 与 海 洋 工 程 专 业，主 要 从 事 船 体 结 构设 计 方 面 的 工 作。：櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅殯殯殯殯 信 息 技 术机 舱 总 段 整 体 吊 装 分 析徐 烁 硕，邓昂，何 文 心（沪 东 中 华 造 船（集 团）有 限 公 司，上 海）摘 要：为 保 障 机 舱 总 段 整 体 吊 装 过 程 的 安 全 性，建 立 机 舱 总 段 有 限 元 模 型，并 根 据 总 段 重 量、重 心 位 置、现 场 吊 车 情况 和 吊 索 具 编 制 吊 装 方 案。对 垂 直 起 吊 状 态 下 的 总 段 进 行 强 度 计 算 分 析，根 据 计 算 结 果 对 产 生 最 大 应 力 和 最 大 变形 的 区 域 采 取 加 强 措 施，并 通 过 仿 真 验 证 其 可 行 性。根 据 仿 真 结 果 进 行 现 场 实 船 吊 装，并 采 取 必 要 的 安 全 技 术 措施，结 果 表 明，吊 装 过 程 安 全 且 发 生 的 变 形 在 可 接 受 范 围 内。关 键 词：有 限 元 计 算；最 大 变 形；可 靠 性中 图 分 类 号：；文 献 标 志 码：文 章 编 号：（），（），）：，：；引言在 现 代 化 造 船 模 式 下，船 体 总 段 吊 装 前 的 预 舾 装 率 相 比 以 往 显 著 提 升，这 对 提 高 生 产 效 率、缩 短 建 造 周期 和 降 低 制 造 成 本 有 重 要 意 义。在 数 值 仿 真 技 术 的 支 持 下，韩 国 建 造 的 巨 型 化 总 段 的 质 量 已 达 到 。但 是，总 段 的 完 整 性 对 整 体 吊 装 的 要 求 很 高，不 仅 要 考 虑 总 段 的 质 量、吊 车 的 起 吊 能 力、吊 耳 形 式、吊 点 位 置和 吊 索，而 且 要 考 虑 结 构 的 强 度 和 变 形 问 题，最 重 要 的 是 要 保 证 吊 装 的 安 全 性。严 峰通 过 对 耙 吸 挖 泥 船 机 舱 至 艉 部 的 巨 型 总 段 整 体 吊 装 时 的 结 构 响 应 进 行 有 限 元 分 析，确 保 吊 装 工作 的 安 全 性。刘 锐 等通 过 对 载 重 吨 散 货 船 机 舱 总 段 的 起 吊 上 升、位 移 运 输 和 下 降 等个 阶 段 进 行动 态 数 值 仿 真 分 析，对 总 段 吊 装 方 案 进 行 了 优 化 设 计。刘 晓 等设 计 了 船 舶 分 段 吊 装 工 艺 虚 拟 仿 真 试 验，并通 过 执 行 静 力 学 仿 真、运 动 学 仿 真 和 结 构 强 度 仿 真 校 验，对 工 艺 设 计 方 案 进 行 了 改 进 完 善。张 国 辉 等针 对全 敞 式 牲 畜 运 输 船 围 栏 总 段，通 过 有 限 元 仿 真 设 计 了 吊 装 方 案，并 对 其 可 行 性 进 行 了 验 证。黄 进 军 等通 过对 机 舱 总 段 吊 装 过 程 进 行 有 限 元 计 算，验 证 了 吊 装 方 案 的 可 行 性。本 文 以 某 型 船 的 机 舱 总 段为 例，根 据 总 段 质 量、现 场 吊 车 情 况 和 吊 索 具 制 订 吊 装 方 案，对 垂 直 起吊 状 态 下 的 机 舱 总 段 进 行 有 限 元 分 析，根 据 计 算 结 果 制 订 加 强 措 施，并 通 过 仿 真 验 证 措 施 的 可 行 性。吊 装 方 案 的 确 定总 段 由个 分 段 总 组 而 成，其 长 度 为 ，宽 度 为 ，高 度 为 ，总 段 的 质 量 和 重心 见 表。根 据 现 场 船 台 起 吊 设 备 的 实 际 情 况，在 确 保 安 全 的 前 提 下，采 用台 起 重 能 力 为 的 门 座 式 起重 机 与台 起 重 能 力 为 的 门 座 式 起 重 机 联 合 吊 运 的 起 吊 模 式。考 虑 到 总 段 的 质 量 和 重 心 理 论 计 算 结 果与 实 际 之 间 的 差 异，还 有 其 他 一 些 不 确 定 性 因 素 和 安 全 要 求，采 取 由人 指 挥、人 操 作 起 重 机 联 吊 的 模 式，安 全 吊 重 按台 起 重 机 额 定 吊 重 的计 算，安 全 吊 重 为，扣 除 吊 排、钢 索 和 卸 扣 等 吊 索 具 附 件 的 质 量（共 计 ），总 段 的 理 论 最 大 起 吊 重 量 为 ，且 要 满 足 每 台 吊 车 的 载 荷 都 在 其 安 全 吊 重 之 内。表 总 段 的 质 量 和 重 心参 数质 量 坐 标 位 置纵 向横 向 垂 向 数 值 图 总 段 吊 环 布 置 及 受 力 示 意 图图 总 段 中 纵 剖 面 投 影 受 力 图 根 据 总 段 的 外 形 尺 寸、质 量、重 心 位 置 和台 门 座 式 起 重 机 船台 的 布 置 情 况 进 行 吊 环 布 置，其 中，艏 部 吊 环 由台 门 座 式 起重 机 通 过 吊 排 起 吊，艉 部 吊 环 由台 门 座 式 起 重 机 起吊。吊 环 应 尽 量 设 置 在 分 段 强 结 构 处，在 设 置 其 位 置 时 要 考 虑 受 力方 向，尽 量 保 证 吊 环 的 受 力 方 向 在 吊 环 面 内，尽 量 不 要 在 易 导 致 吊环 发 生 弯 曲 的 方 向 安 装 吊 环，若 不 能 保 证 吊 环 的 受 力 方 向 在 吊 环 面内，要 保 证型 的 横 向 受 力 角 度 在以 内。该 总 段 分 别 于、和等个 肋 位 布 置 吊 环，具 体 布 置 情 况 见 图。总 段 吊 装 过 程 中 的 计 算 工 况 为 垂 直 起 吊 工 况，如 图所示，和肋 位 处根 吊 带 左 右 舷 端 部 分 别 汇 于 吊 排 两端，吊 排 中 心 处 受 到 塔 吊 的 拉 力 合 力；和为 吊 排 对 左 右 舷端 部 吊 带 的 拉 力，根 据 对 称 性，。肋 位 处左 右 舷 端 部 分 别 汇 于个 吊 点，吊 点 所 受 塔 吊 拉 力和在 中 纵剖 面 内 的 投 影 之 和 为，令 二 者 与 重 心 的 距离 分 别 为和，根 据 船 体 结 构 型 值 和 总段 重 心 位 置 计 算 得 到 ，。图为总 段 中 纵 剖 面 投影 受 力 图。根 据 垂 向 受 力 平 衡 和 对 重 心 力矩 平 衡 条 件 （）求 得 各 吊 车 和 吊 环 受 力 情 况 见 表。许 用 应 力 校 核 标 准 为（）徐 烁 硕，等：机 舱 总 段 整 体 吊 装 分 析表 总 段 各 吊 车 和 吊 环 受 力 情 况单 位：号 吊 车号 吊 车号 吊 车号 吊 车总 段 质 量 吊 钩 受 力（含 索 具）吊 车 额 定 吊 重吊 环 垂 向 分 力 式（）中：为 钢 材 屈 服 强 度，总 段 船 体 采 用，；为 安 全 系 数，合 成 应 力 取；为 钢 材 屈 服 比 系 数，取。船 体 结 构 许 用 合 成 应 力 。有 限 元 强 度 分 析本 文 采 用 软 件 建 立 整 个 机 舱 总 段 模 型；模 型 采 用节 点 与节 点单 元；扶 强 材 采 用 偏心 量单 元，网 格 尺 寸 取；在 吊 环 位 置 进 行 局 部 细 化，网 格 尺 寸 为。材 料 参 数：弹 性 模 量 ；密 度 为 ；泊 松 比 为。有 限 元 模 型 见 图；吊 环 区 域 网 格 细 化 情 况 见 图。有 限 元 模 型 重 心 位 置 ，质 量 为 。有 限 元 模 型 与 实 际 模 型的 偏 差 在 合 理 范 围 内，因 此 该 模 型 是 可 用 的。在 未 采 取 任 何 加 强 措 施 的 情 况 下 对 机 舱 总 段 进 行 整 体 吊 装 有限 元 计 算，计 算 结 果 应 力 云 图 和 变 形 云 图 见 图。最 大 应 力 为，在吊 环 甲 板 上。由 于 甲 板 上 有大 开 口，且 艉 端 甲 板 下 强 结 构 较 少，最 大 变 形 出 现 在 甲 板 上 大 开 口 端 自 由 边 处，达 到 ，变 形 值 太 大，结 构 易 发 生 失 效，因 此 需 对 结 构 采 取 加 强 措 施，以 保 证 吊 装 过 程 的 安 全 性。图有 限 元 模 型 图吊 环 区 域 网 格 细 化 情 况）应 力 最 大 区 域 局 部 图）变 形 最 大 区 域 局 部 图图未 采 取 加 强 措 施 情 况 下 计 算 得 到 的 应 力 云 图 和 变 形 云 图 根 据 总 段 的 结 构 特 点，甲 板 上 有 大 开 口，艉 端甲 板 下 强 结 构 少 于甲 板，缺 少 有 效 支 撑，与吊 环 下 只 有 强 横 梁，不 能 对 吊 环 承 受 的 拉 力 进 行 有 效 传 递。结 合 未 采 取 加 强 措 施 的甲 板 和 吊 环 下 结 构 的应 力 和 变 形 情 况，采 取 以 下 加 强 方 案：在 甲 板 艉 端 采 用 槽 钢 对 结 构 自 由 边 进 行 加 强，在 艉 端甲 板 与 二 甲 板之 间 增 加根 槽 钢 进 行 加 强，增 加甲 板 的 支 撑 性，在和吊 环 下 加 设 槽 钢 进 行 支 撑，具 体 加 强 方 式见 图中 的 矩 形 框。船 舶 与 海 洋 工 程年 第期）甲 板 及 艉 端 加 强 方 式 ）加 强 方 式图加 强 方 式 采 取 加 强 措 施 之 后，重 新 对 机 舱 总 段 进 行 整 体 吊 装 有 限 元 计 算，最 大 应 力 值 为 ，出 现 在吊环 下 纵 壁 上 靠 近 吊 环 端 的 位 置，应 力 较 大 区 域 主 要 出 现 在个 吊 环 所 在 甲 板 和 甲 板 下 结 构 处，但 应 力 值 都小 于 许 用 应 力，因 此 结 构 是 安 全 的。最 大 变 形 值 为 ，出 现 在甲 板 中 部 大 开 口 自 由 边 处。从变 形 云 图 中 可 看 出，甲 板 上 布 有 吊 环 的块 区 域 和 甲 板 下 结 构 变 形 值 相 对 较 大，平 均 达 到 ，但 相 比采 取 加 强 措 施 之 前 的 结 构，变 形 情 况 有 显 著 改 善，都 在 结 构 安 全 范 围 内，因 此 该 加 强 方 案 是 可 行 的。采 取 加强 措 施 之 后 计 算 得 到 的 应 力 和 变 形 云 图 见 图。采 取 加 强 措 施 之 后 部 分 位 置 的 应 力 和 变 形 见 表。图为采 取 加 强 措 施 之 后 部 分 位 置 的 应 力 和 变 形 云 图。和吊 环 下 端 缺 少 支 撑，通 过 在 强 横 梁 与甲 板 之间 增 加 槽 钢，使 起 吊 状 态 下甲 板 承 受 的 拉 力 能 有 效 地 通 过 槽 钢 传 递，变 形 值 显 著 减 小。）应 力 云 图 ）变 形 云 图图采 取 加 强 措 施 之 后 计 算 得 到 的 应 力 云 图 和 变 形 云 图表采 取 加 强 措 施 之 后 部 分 位 置 的 应 力 和 变 形位 置甲 板横 框 架横 框 架横 框 架横 框 架最 大 应 力 最 大 变 形 ）应 力 云 图 ）变 形 云 图图采 取 加 强 措 施 之 后 部 分 位 置 的 应 力 和 变 形 云 图安 全 保 障 措 施 总 段 吊 装 加 强 方 案 确 定 之 后，若 要 保 证 总 段 整 体 吊 装 的 安 全 性，还 需 在 总 段 吊 装 之