干船坞闸门稳定性建模外文翻译资料

 2021-12-14 10:12

英语原文共 7 页

干船坞闸门稳定性建模

-摘要:随着印度尼西亚海上运输需求的不断增长,各国船厂打开了为造船船舶提供造船服务的商机。这项工作尤其强调稳定性。船舶甲板门在重要部位连成整体,这种设计规格的优势是在使用时操作简便。本研究旨在测试35.4m长干船坞闸门稳定性,并使用Maxsurf 和Hydromax对闸门每隔500mm进行分析计算与评估,以便其采集船舶横向和纵向的详细数据以进行船舶总体规划研究。试验结果表明,干船坞闸门在压载为54%和68%,并使用固定压载时,可产生GMt1.924 m,潮高11.357 m,满足国际海事组织(IMO)标准。 GMt值可以显示在干船坞坞口处的闸门是否能够稳定可靠地保持直立。当空压载时会产生GMt0.996,说明闸门稳定但容易被推倒。这种条件可用于处理干船坞闸门。

  1. 介绍

干船坞施工建设需要详细的设计和周密的规划,其中包括闸门设计。区别于其他类型船坞的是干船坞的闸门可以自由移动。当船舶进入船坞后闸门关闭,闸门分隔出一个水池,然后将水池内水抽干,来自海滩上的水压力挤压闸门进而锁住闸门。在水池干涸后,就可以进行在船上的工作。在这些工作完成后,水池将再次充满水,此时由水池引起的水压力和来自海滩的水压力将会达到平衡。水池和海滩的平衡水压将释放门锁,使闸门可以自由移动,拉动并打开闸门使船舶驶出船坞。

干船坞闸门有与船舶相似的特性。干船坞闸门可以漂浮在水面上以便其在外力作用下移动,要关闭干船坞时,闸门将被灌满水,则其可以下沉到一定深度。鉴于这些特性,为使闸门在各种条件和外力作用下都能保持直立状态,考虑其稳定性显得尤为重要。在干船坞建造之前,需要对闸门进行建模来保证其稳定,并根据标准制定技术规范使其能够在最佳状态下工作。(图1和图2)

图1 干船坞

图2干船坞闸门

干船坞闸门具有与船舶相似的稳定性和静水特性。船舶的稳定性反映了船舶在受到来自外部和内部的拉力使船舶倾斜后,恢复到原来位置的能力。水面浮体有两种主要特性:重力G(重心)和浮力B(浮心)在垂直方向大小相等,方向相反。有三个要点决定船舶的稳定性:第一点是重心(G),它是船舶所有部分重力的合力作用点;第二点是浮心(B),它是在水下部分船舶剖面的几何点;第三个点是稳心(M),它是船舶倾斜角的高度和在浮力和重力作用下工作的直线的中心点。重力G作用下的排水量和浮力B作用下的排水量一样大,这使得结构稳定,这一结论符合阿基米德定律。

如果G点低于M点,则扶正力矩RM = Delta;.GZ,而GZ = GM Sin theta;是正的,因为复原力臂(GZ)是正的,恢复力矩能够使船恢复到原来的直立位置。这种稳定性称为正(稳定)稳定性。如果G点和M点重合,则右转力矩(RM)等于零,因为没有形成复原力臂(GZ=0),因此RM=0。这意味着,当船迅速出动时,由于没有复原力臂,船仍然会摇晃,这一条件被称为中立稳定。如果G点高于M点,则由于GZ臂为负值,扶正力矩(复原力矩,RM)为负值。复原力臂无法将船恢复到原来的位置,反而使船倾斜,船只可能被倾覆,这种情况称为负稳定(不稳定)。

横向稳性是影响船舶稳性的主要因素之一。船舶稳定线包括KM线、KB线、BM线、GZ线、GM线、KG线。KM线和KB线是从船舶的静水压曲线中得到的,而BM、GZ、GM、KG线则是从斜率试验中得到的。传统的斜率试验是在船舶中心线CL(中线)上利用摇摆进行的。船舶的斜率是船舶在纵倾条件下测量从摆悬与中线的角度.[9,10]。

倾斜实验旨在通过测试物体重心来研究完成造船过程中的稳定性。测试的主要目的是知道稳心的最高值。需要有一个具有精确值的重心位置,以保持船的稳定运行。倾斜试验表明,当船舶稳定时,可精确地获得从K点到G点的垂直距离。

评估船舶质量的参数是主要尺寸、静水参数和船舶稳定性条件的比值。主要条件比值用于确定建造强度、运动阻力和船舶运动。在一定的载荷极限下,采用静水参数来确定船舶的技术性能。船舶的稳定性是为了保证船舶的安全性和良好状态。随着船舶吃水增加,Aw、LCF和船舶系数随之增长,但LCB、KML、KMt随之降低。船舶的稳定性还受到波浪、水流等自然条件的影响,因此船舶规划必须满足造船建设的要求,对最恶劣的海洋条件具有较强的抵抗力。倾斜实验中利用摆的是不切实际的,因为它需要大量的设备。传统的卷积计算在读取从钟摆垂向CL线的船舶斜率时有较高的精度要求。在船舶的设计中,目前有各种软件可用于简化船舶的设计,并且具有更精确和详细的结果[12,13]。Maxsurf 是一种用于分析船舶静水特性的软件 [14-16]。通过输入船舶数据,Maxsurf利用数据表格和静水曲线的形式处理和生成静水参数值。Maxsurf是一个可用于稳定性和耐波性分析的软件。Maxsurf软件提供船舶复原力数据。Maxsurf是具有设计过程的设计再使用方法的CASD之一,在设计结果的开发中,直接使用旧的设计实例(具有丰富的知识),然后修改旧的设计,产生新的设计[17,18]。

2.方法
本研究采用计算机建模方法,并结合Maxsurf 软件和Hydromax软件。采用Maxsurf测定船舶的静水特性。测试包括池深探测、静水压、及三种压载舱状态下的模拟。第一种状态是使用固定的压载而不加压。第二种状态是采用固定压载并加压。第三个不使用固定的压载且不加压。此外,还会模拟在充满海水状态下舱室泄露的极端情况。稳定性标准采用国际海事组织(IMO)标准。

3.结果和讨论

该模型是在长度为35.4m,宽度为3m,四个压载舱为压载舱的干船坞闸门上进行的。高位闸门和固定压载高7.2m,预计退水高度为8.5m,预计潮汐高度为10.5m。底部固定压载高度为2.25m,固定上部压载高度为1.32m。固定底部压载重325.2吨,固定上部压载重120吨,均为2吨/m3的SG混凝土。干船闸门的设计如图3所示。

图3 干船坞闸门设计

3.1 压载舱测深

数据显示,1号压载舱为空状态。纵向重心(LCG)为5.6m,横向重心(TCG)为0m,垂心(VCG)为2296 m,FSM为11.676ton.m,当压载舱充满水时,蓄水量为214.193m3或219.590吨,LCG为5529米,TCG为0m,VCG变为6892m,FSM为0ton.m。

测深资料显示,2号压载舱在空状态下纵向重心(LCG)为13.913m,横向重心(TCG)为0m,垂心(VCG)为5.215m,FSM为17.27ton.m。当压载舱充满水时,蓄水量为66.795m3或68.478吨,LCG为13.913m,TCG为0m,VCG变为5.215m,FSM为0ton.m。

测深资料显示,3号压载舱在空状态下纵向重心(LCG)为21.499m,横向重心(TCG)为0m,垂心(VCG)为5.215m,FSM为17.519ton.m。当压载舱充满水时,蓄水量为66.795m3或67.117吨,LCG为21.499m,TCG为0m,VCG变为6.673m,FSM为0ton.m。

测深资料显示,4号压载舱在空状态下纵向重心(LCG)为29.769m,横向重心(TCG)为0m,垂心(VCG)为2.296m,FSM为12.279ton.m。当压载舱充满水时,蓄水量为216.628m3或222.087吨,LCG为29.844m,TCG为0m,VCG变为6884m,FSM为0ton.m。

从压载舱测深的数据可以看出,每个压载舱的纵向重心都位于每个压载舱的中间,这是由于压载舱箱体形状造成的,因此储水舱中水的填充对纵向重心没有影响。同样,不论压载舱处于满舱或空舱状态,横向重心都处于0m位置。当压载舱装满水时,垂直重心会降低,并且装水越多,垂直重心就越低,所以闸门就会更稳定。压载舱测深的数据显示,压载舱没有纵倾。压载舱漏水会导致纵倾。纵倾引起干船闸门倾斜,但它可以通过增加或减少一个压载舱中的水来克服。

3.2静水状态

从船中吃水1米到12米,每隔0.25m进行一次建模。数据表明,在每一个艏垂线和艉垂线高度相同或没有纵倾时,表明闸门处于直立状态,或没有倾斜或龙骨到右舷的角度为0度。当船中吃水为12m时,排水量为1.009吨,系数块为1449,LCB位置为0,031。在船中吃水为1m时,排水量为368.7吨,艏垂线和艉垂线为4.5m,系数为0.753,LCB为0,030m。

当埋深高达12m时,定倾高度值最高为2.741m,这是最稳定的条件。定倾高度值随吃水高度的增加而减小。在海拔5750m处时,定倾高度值为0,004m,G值与M值基本重合,闸门仍处于直立位置,但极易被冲毁。当吃水深度达到5.5m时,定倾高度值早已变成负值,即-0.118m,这表明闸门是不稳定的。最低的定倾高度值是在1m的吃水深度时达到的,其值为-2.489m。

用于改变船舶吃水值1cm{TPC(每公分吃水吨数)}的需要的荷载量在不同吃水深度上是不同的。当吃水深度为12m时,TPC为0.581吨/cm;当吃水深度为1m时,TPC为0.608吨/cm。在吃水深度为3.00m~7.50m时,TPC的最大值为0.950 吨/m。

在三种不同压载舱状态下分别进行建模。第一种状态是闸门使用固定压载而不加压。第二种状态是闸门使用固定荷载并加压,第三种状态是闸门不使用固定压载且不加压。固定压载在每个周期内填充2t/m3的混凝土,压舱物则是一种可以灌满海水的压载舱的形式。如果压舱物里充满海水,那么闸门就会下沉。

3.3使用固定压载而不加压的压载舱状态

首先使用固定压载和不加压的压载舱状态建模。没有压载的情况意味着压载舱没有装满水。闸门及配件重量为193吨,固定压载重量超过120吨,压舱物重量不超过325.2吨,所以总重量为638吨。LCG门和配套轴承安装在17.7 m位置,同时上下固定压载也安装在17.7m处,1号压载舱安装在5.529m处,2号压载舱安装在13.913m在,3号压载舱安装在 21.499m处,4号压载舱安装在29.844m处。VCG门及其相关结构安装在6.5m处,固定压载在2.92m出,压舱物低于1.06m处,同时VCG1号压载舱安装在6.892m处,2 号压载舱安装在6.673m,3号压载舱安装在6.673m处,4号压载舱安装在6.884m处。LCG闸门位于17.7m或中间时,VCG为3.055m,TCG和FSM为0m。

稳定性准则是以标准A.749(18)第三章适用于所有船舶的设计标准为基础的。标准包括最佳的区域0到30、最佳的区域30到40,在区域30或更佳的范围内的最大复原力臂,最大的复原力臂角度、初始定倾高度值规范、横倾角。在所有这些标准中,结果表明该值符合预定义的标准。该结构的最大复原力臂为0.083m,初始定倾高度值在0度时为0.966,最大复原力臂在90度时为2.918 m,右舷横倾角为4.910°,面积为0.2024m。有了这些条件,可以说闸门处于一个稳定的状态。

3.4 使用固定压载并加压的压载舱状态

第二种建模状态是使用固定压载但不加压的压载舱状态。闸门及配件重量为193吨,固定压载重量超过120吨,压舱物重量不超过325.2吨,1号压载舱重量为118.6吨,2号压载舱重量为46.56吨,3号压载舱重量为46.79吨,4号压载舱重量为119.9吨,所以总重量为970吨。LCG门和配套轴承安装在17.7 m位置,同时上下固定压载也安装在17.7m处,1号压载舱安装在5.610m处,2号压载舱安装在13.913m在,3号压载舱安装在 21.499m处,4号压载舱安装在29.759m处。VCG门及其相关结构安装在6.5m处,固定压载在2.92m出,压舱物低于1.06m处,同时VCG1号压载舱安装在4.772m处,2 号压载舱安装在6.201m,3号压载舱安装在6.201m处,4号压载舱安装在4.717m处。LCG闸门位于17.714m或中间时,VCG为3.767m,TCG和FSM为0m。

大倾角稳性数据显示,在90度角时,最大复原力臂为2159m,右舷横倾角为30度。在0度时,初稳心高度下的复原力矩为1.924。满足了标准3.1.24中规定的初稳心高度值不小于0.150米。当闸门的固定压载加上充满54%的压载水时,会产生稳心高度为1924,水线为11,357。在这种条件下,闸门可以稳定和坚固立在的干船坞的坞底。在关闭干船坞的闸门时会经历这个过程。

3.5不使用固定压载且不加压的压载舱状态

第三种建模状态是不使用固定压载且不加压的压载舱状态。闸门及配件重量为193吨。LCG门和配套轴承安装在17.7 m位置,1号压载舱安装在5.529m处,2号压载舱安装在13.913m在,3号压载舱安装在 21.499m处,4号压载舱安装在29.844m处。VCG门及其相关结构安装在6.5m处,固定压载在2.92m出,压舱物低于1.06m处,同时VCG1号压载舱安装在6.892m处,2 号压载舱安装在6.673m,3号压载舱安装在6.673m处,4号压载舱安装在6.884m处。LCG闸门位于17.7m或中间时,VCG为3.055m,TCG和FSM为0m。

大倾角稳性数据显示,在区域0-30的稳性消失角为-36,133 m.deg,远低于标准阀值的3.151m.deg。在区域0-40的-62.920m.deg时的最小标准阀值为1.719m.deg。在区域30或相当于-0.861m最大复原力臂远低于限制的0.2米。初始稳心高度为-4.727米,最小阈值为0.15米。从数据可以说明,干船坞没有固定压载和不稳定压载。如果闸门没有固定的压载和未注满压载水,则稳心高度值为-4.727,水位为2649m。这种条件下的闸门处于不稳定状态。

3.6 破坏状态

最后一个压载舱漏水的模型。最坏的情况是当压载舱充满水时发生泄漏。模拟结果表明,当一个大型压载舱(1号或4号)发生泄漏时,闸门将倾斜到33.5°,此时仍会浮起。干船坞虽然处于漏水和淹没状态,但仍保持稳定,这

资料编号:[5358]

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