收稿日期 ： ２ ０ １ １ ０ ７ ２ ３ － －
８． ５ｍ ２． ０ｍ ４． ６ｍ ３． ９ｍ ２ ４个 ０． ５ ５ｍ
３ １ ２ ２ ８ １． ８ｍ ３ １ ０ ５ ７ ４． ８ｍ
水位置时 ， 若内坞 墙 壁 处 的 浮 箱 低 于 中 心 线 处 的 在内坞 墙 壁 处 浮 箱 甲 板 的 干 舷 应 不 小 浮箱甲板 ， 且在浮船 坞 中 线 处 由 浮 箱 甲 板 量 至 水 于７ ５ｍｍ， 线的 干 舷 不 小 于 ３ 这里设计工作干舷分 ０ ０ ｍｍ， 别为甲板边线处 ３ ０ ０ｍｍ 和甲板中心处 ４ ０ ０ｍｍ， 满足规范要求 。 ２ 有限元模型 ２． １ 模型范围 整船有限元板 梁 组 合 模 型 包 括 整 个 船 长 、 船 宽、 型深范围的船体结构 ， 对局部的支承构件如肘 板等 不 计 入 模 型 中 ， 桁 材、 肘 板 的 开 孔 忽 略 不 计，
［ ３］
工作干舷 （ 浮箱甲板中心处 ） ０． ４ｍ 工作干舷 （ 浮箱甲板边线处 ） ０． ３ｍ 最大下沉时吃水 最大下沉时干舷 龙骨墩以上吃水 龙骨墩高 压载舱数目 肋骨间距 ） 最大排水体积 （ ｄ＝８． ５ 压载舱总容积 １． ２ 计算依据 计算时基于下 述 假 定 ： 进坞船仅坐于龙骨墩 且进坞船长中点与坞长中点处于同一垂线上 ， 上，
／ １ ０ ． ３ ９ ６ ３ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ １ ７ ５ ７ ０ ． ２ ０ １ １ ． ０ ５ ． ０ ３ ５ Ｄ Ｏ Ｉ － ｊ
３ ５ ０ ０ｔ级浮船坞结构有限元结构强度计算
徐林志 谌 伟
（ ） 武汉理工大学交通学院 武汉 ４ ３ ０ ０ ６ ３ 摘 要 对３ 并结合 相 关 规 范 给 出 边 界 ５ ０ ０ｔ级浮船坞在 ３ 种极端工况下进行了有限元整船建模 ， 并对有限元计算结果进行了分析 。 条件的施加方法和载荷计算方法 ， 关键词 浮船坞 结构 纵强度 有限元方法
检 浮船坞是一 种 将 船 舶 抬 出 水 面 进 行 修 理 、 查的特种工程船 ， 也可用于船舶的改建和几个船 能够作为浮动的造船 、 修船 舶总段的合龙成整船 ， 浮 性、 稳 基地 。 它 本 身 既 具 有 船 舶 的 一 般 性 能 （ ， 性、 抗沉性 、 机动性等 ） 又具有与其功能相适应的 使用特点 睐
工况
应力 （ 挠度 ） 相当应力／ＭＰ ａ 纵向应力／ＭＰ ａ
一
横向应力／ＭＰ ａ 构件应力／ＭＰ ａ 剪切应力／ＭＰ ａ 挠度／ ｍｍ 相当应力／ＭＰ ａ 纵向应力／ＭＰ ａ 横向应力／ＭＰ ａ 构件应力／ＭＰ ａ 剪切应力／ＭＰ ａ 挠度／ ｍｍ 相当应力／ＭＰ ａ 纵向应力／ＭＰ ａ 横向应力／ＭＰ ａ 构件应力／ＭＰ ａ 剪切应力／ＭＰ ａ 挠度／ ｍｍ
图 １ 有限元模型图
ｍ） 进坞船长 ＬＳ 的重量分布曲线 ｑ（ 可按 图 ２ ｘ） 计算 。
２． ２ 坐标系 计算中有限元模型的坐标系统取右手坐标系 且： 以坞首方向为正 统， Ｘ 方向为浮 船 坞 的 纵 向 ， 方向 ； 以坞纵中线向左舷 Ｙ 方向为浮船坞的横向 ， 方向为正 ； 以基线向上 Ｚ 方 向 为 浮 船 坞 的 垂 向， 为正 。 ２． ３ 单元与网格 模型中主要采用以下 ２ 种单元 ： ）板壳 （ ） （ 单元 。 模拟甲板 、 舷侧外板 、 １ ｓ ｈ ｅ ｌ ｌ 内壳板 、 船底板 、 横舱壁等板壳结构 ， 船底纵桁 、 实 肋板 ， 舷侧纵桁 、 甲板纵桁 、 强横梁 、 主肋骨等强构 件的腹板以及较大的肘板 。 ）梁 （ （ 单 元。 模 拟 各 种 板 结 构 的 横 ２ ｂ ｅ ａ ｍ） 梁、 普 通 肋 骨、 舱 壁 加 强 筋、 支 柱、 桁架等杆件结 以及纵桁 、 强框架等强构件的面板和肘板的折 构， 边等 。 网格采用四边形单元 ， 尽量使用三角形单元 ， 网格大小以横向骨材和纵骨间距为基准 。 ３ 计算工况和载荷 ３． １ 计算工况 （ ）浮船坞处于最大沉深时 。 １ ）浮船坞在举升工况下 ， （ 抬起最短进坞船 ， ２ 龙骨墩刚出水时 。 ）浮船 坞 在 正 常 举 升 工 况 下 ， （ 抬起最短进 ３ 坞船时 。 ３． ２ 计算载荷 计算载荷包括以下项目 ： ① 浮船坞自重 ； ②进 坞船 的 重 量 ； ③ 压 载 水 的 重 量； ④舷外静水压力 （ ； 不计波浪影响 ） ⑤ 浮箱甲板水头 。 ３． ２． １ 浮船坞自重
足的 。 ）综上 所 述 ， （ 浮船坞坞体的总纵强度是有 ３ 保证的 ， 满足作业工况的安全使用要求 。
１ ０ ９
３． ３ 边界条件 见图 ３。 约束整体模型的刚体平动和转动 ，
４ 强度评估 构件的计算应力应不大于表２的 各工况下 ， 相 当 许 用 应 力 值， 且纵向弯曲应力不大于１ ３ ７
２ ／ 。 ｋ Ｎ ｍｍ
表 ２ 许用应力标准
构件 板单元 局部应力集中处板单元 梁、 杆单元 许用相当应力 １ ８ ５ ２ ０ ５ １ ７ ６
［ ２］ ［ １］
坞体高 （ 甲板边线处 ） 梁拱 纵骨间距 上甲板距基线 安全甲板距基线 工作吃水
３． ０ｍ ０． １ｍ ０． ５ｍ １ ０． ５ｍ ８． ０ｍ ２． ７ｍ
。 由于 浮 船 坞 相 对资 少 、 可 灵 活 移 动 等 优 点， 历来被人们所青 。 但是对于浮 船 坞 而 言 ， 由于其船型尺度和
１ ０ ９． ２ｍ １ ０ １． ２ｍ ３ １． ０ｍ ２ ５． ０ｍ ３． １ｍ
１ ０ ８
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２ ０ １ １ 年第 ５ 期
整船从 Ｆ 模型如图 １ 所示 。 Ｒ ０－Ｆ Ｒ １ ８ ４，
３． ２． ２ 进坞船的重量
４］ ， 按《 浮船坞 入 级 规 范 》 规 定［ 可假定进坞船
４ ８期 总第 ２ ０ １ １ 年第 ５ 期 ２
交 通 科 技 Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｏ ｒ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ＆Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｐ ｇ ｙ
Ｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｎ ｏ ． ２ ４ ８ Ｎ ｏ ． ５Ｏ ｃ ｔ ． ２ ０ １ １
二
三
５ 结论 （ ）通过 计 算 ， 获得浮船坞坞体结构在设计 １ 计算载荷作 用 下 的 变 形 ， ３种工况下坞体最大相 对垂 向 变 形 为 －３ ９． ４ ｍｍ，相 当 于 坞 长 的 浮船坞坞 体 变 形 不 大 ， 其结构刚度可以 ０． ３ ８ ９％ ， 保证 。 （ ）通 过 计 算 ， 获得３种最危险工况下的浮 ２ 船 坞 坞 体 结 构 的 应 力 分 布， 浮船坞处于最大沉 ， 深时 （ 工况一 ） 应力最大 ， 相当应力为 １ ６ １． ３ ＭＰ ａ 发生在船中坞底板处 ； 纵向应力最大值为 －１ ３ １． ７ ， 发生在舷侧 、 船 中 坞 底 板 处； 横向应力最大 ＭＰ ａ ， 值为 －９ 发 生 在 船 中 甲 板 处； 构件应力 ７． １ ＭＰ ａ ， 最大值为 １ 发生在顶甲板骨架处 ； 剪切 ５ ５． １ ＭＰ ａ ， 应力最大 值 为 －３ 发 生 在 舷 侧、 纵舱壁 ８． １ ＭＰ ａ 处， 均小于许用应力 ， 所以浮船坞的总纵强度是满
２ （ ｘ －５ ） ］ １－０． ０ ０ ０ ６ １ ０． ６ ［ １ ０ ０ ０
， （ 其他载荷见表 １。 ｘ 为相对尾部坐标系而言 ）
表 １ 各工况外载
工况 吃水／ ｍ 舷外静水压力 ／ＭＰ ａ －０． ０ ０ ９ ８ １ （ ／ ） ８． ５－ ｚ １ ０ ０ ０ －０． ０ ０ ９ ８ １ （ ／ ） ３． ９－ ｚ １ ０ ０ ０ －０． ０ ０ ９ ８ １ （ ／ ） ２． ７－ ｚ １ ０ ０ ０ 甲板水头 ／ＭＰ ａ 压载水／ ｔ
一
８． ５
－０． ０ ５ ３ ９ ５ ５ ５ ５ ３． ３ ９
二
３． ９
－０． ０ ０ ０ ８ ８ ２ ９ ４ ４ ０． ８ ４
三
２． ７
０
２ ８ ７ １． ８
式作用在模型上 。
２ ０ １ １ 年第 ５ 期
徐林志 谌 伟 ： ３ ５ ０ ０ｔ级浮船坞结构有限元结构强度计算
ＭＰ ａ
许用剪切应力 １ ０ ０
注： 本结构材料为船用低碳钢 ， 其材料换算系数 Ｋ 均取 １． ０。
图 ３ 模型外载及边界条件示意图
３ 种工况下的应力结果与强度评价如表 ３。
表 ３ 应力结果与强度评价
最大值 １ ６ １． ３ －１ ３ １． ７ －９ ７． １ １ ５ ５． １ －３ ８． １ ３ ２． ８ ５ ８． ８ ６ ３． ３ －３ ５． ４ －７ ２． ６ －１ ９． ０ －３ ９． ４ ６ ４． ９ －５ ０． １ －３ ４． ４ －５ ２． ０ －１ ４． ４ －３ ４． ３ 分布位置 船中坞底板处 舷侧 、 船中坞底板处 船中甲板处 顶甲板骨架处 舷侧 、 纵舱壁 ０． ４‰×Ｌ 船中顶甲板 舷侧壁 、 船中坞底板处 船中浮箱甲板处 顶甲板 、 浮箱甲板骨架 舷侧 、 纵舱壁 ０． ３ ８ ９‰×Ｌ 船中顶甲板 舷侧壁 、 船中坞底板处 船中坞底板 、 浮箱甲板处 顶甲板 、 浮箱甲板骨架 舷侧 、 纵舱壁 ０． ３ ３ ９‰×Ｌ 是否满足要求 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足
重量集中分布在龙骨墩上 ， 然后按图 ２ 分布载荷 ； 进坞船的重量分布应基于排水量与设计举力能力 相当 ， 且为最短船长进坞船的情况 。 当举力 ＦＬ ＜４ 进 坞 船 长 ＬＳ 可 按 ０ ０ ＭＮ 时 ， 下式取值 ：
ＬＳ＝０． ８ ０ ＬＤ ＝８ ０． ９ ６ ｍ（ ＬＤ 为 坞 长 ， １ ０ １． ２
４］ ， 按《 浮 船 坞 入 级 规 范》 规 定［ 浮船坞处于作业吃
作业 工 况 特 殊 ， 因此总强度、 总 纵 强 度、 横强度等 结构要求 比 较 高 。本文以 ３ ５ ０ ０ｔ 级 浮 船 坞 为 采用 ＡＮ 对使用中最危险的３ 例， Ｓ Ｙ Ｓ 整船建 模 ， 种工况进行了三 维 有 限 元 计 算 分 析 ， 得到了各工 并进 况下坞体和连接 处 结 构 的 变 形 和 应 力 分 布 ， 行应力 、 变形强度评估 ， 为坞体结构的使用安全提 供了保障 。 １ 浮船坞结构 １． １ 结构参数与主尺度 ３ ５ ０ ０ｔ级浮船坞为箱型单底整体式钢质浮船 间 距 ０． 安全甲 坞。顶 甲 板 采 用 纵 骨 架 式， ５ ｍ； 板、 浮 箱 甲 板、 浮箱底板等均采用横骨架式， 肋距 为 ０． 横向强骨架为 ３ 档或 ４ 档设置 。 横向 ５ ５ｍ， 除设置水密横舱 壁 外 ， 还在每一压载水舱中设置 以保证横向强度 。 １ 道非水密支撑舱壁 ， 设计举力 ３ ５ ０ ０ ０ｋ Ｎ 总长 设计水线长 型宽 内宽 坞体高 （ 纵中剖面 ）