船舶纵向下水试验及支座反力的计算
本文给出了A 、B 两船纵向下水的试验结果及支座反力的计算方法，计算结果与试验结 果相当吻合，可在校核纵向下水船舶强度时三于确定载膏。关 键 词：船触下水，支座反力，试验分析，计算方法( 一 ) 前 言
船舶纵向下水是一道十分重要的作业工序，且潜在着很大的危险性，对大型船舶更是如 此，所以历来受到船舶设计者和建造者们的充分重视。为确保船舶下水的安全，除了必须拥有丰富的实践经验和具备可靠的设备外，还必须进 行详细周密的理论计算。随着造船业的不断发展，目前船舶下水经验日益丰富，装置设备日 臻完善，但船舶纵向下水计算方法的研究进展甚微。通过最近进行的长度为132m 的 船 舶 纵 向下水试验及其分析，发现国内现行关于船舶强度及船台滑道支座反力的计算方法已不能 满足目前大型船舶下水的需要。几年来，船舶下水时，结构受损屡有发生。因此，当前加紧开 展船舶下水强度计算方法的研究已显得十分必要。本 文 介 绍 了A 、B 两船的纵向下水试验及其测量和分析的结果，同时还介绍了作者初 步完成的船台滑道支座反力的计算方法及与试验结果的比较。以试验及其分析为基础所提出的支座反力计算，视船体为弹性体，自由搁置在有限个分 别具有不同刚度的弹性支座上，可算得各支座处船体受到的反力及随滑程的变化。计算与试 验比较，其结果令人相当满意。这为校核船体下水强度，提供合理可靠的载荷奠定了基础。(二) 下水试验
1. 概 述1991年和1993年在上海分别对长度为132m 质量为3000多吨的同型A 、B两 船 进 行 了纵向下水试验。该两船是采用首横梁工艺下水的。我国对船舶下水试验进行得并不多。这 两次试验十分成功，得到了丰富的数据资料，测到了整个下水过程中艏部下水横梁的横向应力分布、船体总纵弯曲应力分布和船体沿滑道的滑行距离及速度等随时间的变化。根据上述 测量结果，分析计算得艏部下水横梁处船台滑道支座反力随时间的变化，以及尾浮的初始时 刻和此时刻船体所在的位置等。2. 试 验 结 果两次试验的主要测量结果汇总于表1。详细的测量结果，以B 船试验为例，分别列于图1 ~ 图 3 。表 1A船 和 B 船下水试验测量结果
项 目B船A船
出现时刺(s)数值出现时刻(s)数值
最高滑行速度245.10 m/s27.74.54 m/s
尾浮初始33.5
37.8
尾浮初始时滑程
117 m
120.3 m
首吃水
—0.835 m
-0.853 m
尾吃水
5.751 m
5.759m
船体最大中垂弯曲应力3343.36 MPa39.542.32 MPa
船台滑道对船体最大支反力5号下水横梁处321304.20kN
4号下水横梁处332068.33 kN
3号下水横梁处351785.45 kN
2号下水横梁处361850.34kN40.52152.91 kN
1号下水横梁处403869.48kN43.54164.51kN
1至2号下水横梁区385498.41kY43.55636.89kN
1至5号下水横梁区347781.93 kN
仅1号下水横梁支撑时滑道对船体的最大支反力443240.80kN49.53054.42 kN
全浮初始55.5
59.5
全浮初始时滑程
179.8m
上述图表中，时间坐标的原点为下 水始滑时刻。1～5号下水横梁依次从首向尾排列在艏部0 . 1船长的范围内。图2 和 图 3 中 应 力 值 和 支 反 力 值 是 相 对 下水结束后船体漂浮在江面上其值为零而言。表中尾浮初始时刻按下述准则确定： 始滑后沿滑道平移艉部徐徐浸水，浮力渐渐加大，当浮力与支座反力之合力矩开始大于船体重力矩时，则尾浮开始。 图 1B 船下水滑程(L) 和速度(V) 随时间的变化
图2B 船船触区域总纵弯曲应力随时间的变化
60图 3B 船艏部下水横梁处船台滑道支座反力随时间的变化
3. 试验结果分析下水试验的两艘船线型相同，装载略有差异，质量差4t, 重 心 差 0 . 4m 。B 船下水时水位较 A 船高0 . 15m。从表1中可见，B 船滑行速度高于A 船，加上下水水位也高，因而尾浮初始时刻来得较 早.其滑程也较短；两船尾浮时的首尾吃水几乎一致；船体最大中垂弯曲应力出现在接近于 尾浮初始时刻，且数值也基本相同。这些现象都符合船舶下水的一般规律。从表1和图3可 见，船体尾浮时所测量的5道横梁依然受力，还没有脱离船台滑道。随着滑行的继续，靠艉的 横梁才逐个脱离船台，直至接近全浮初始前仅1号横梁接触船台。这表明对于类同A 、B 船 或更大的船舶采用首横梁工艺下水时，船体应视为弹性体，而并非是现行下水计算方法所认 为的是刚体。并且校核艏船体在尾浮初始时刻船体处于中垂状态时的强度时，不必再保守地 认为此时船台滑道支座总反力仅作用在首支座(1号横梁)上，而实际上是作用在靠艏的一 些支座(下水横梁)上。(三)支座反力的计算目前设计中所用的下水计算方法，视船舶为刚体。在下水强度计算中确定船台滑道支痤反力时，只考虑艏部的最大支反力，并认为出现在尾浮初始时刻，仅作用在首支座(1号横梁)上。上述的试验结果及分析表明，在船舶吨位日趋增大的今天，这样的方法已偏离实际， 不能真实预报船台滑道支座(墩木或横梁)的反力及其分布。为满足下水时船体强度具有足够的安全保证，本文开发了弹性船体的滑道支座反力计算方法。1. 方法和原理视船体为变刚度的弹性梁，从首至尾分搁在有限个独立弹性支座上。弹性支座系船台滑道上的墩木或由墩木及下水横梁组成，只承压不承拉。船体梁受重力和支座反力作用，当艉部浸水后还有浮力的作用。重力及其分布是始终不变的，而浮力和支座反力及其分布则随滑程而改变。从某一滑程起，艉部开始上浮，除艉部有部分支座可能已随滑板滑出船台滑道末端外，由于船体为弹性体，在外力作用下呈中垂挠曲变形，以致靠滑道末端内的部份支座因艉部上浮而脱离船体，而艏部船体在一定长度范围内仍有多个支座支撑。随着滑程的增大， 脱离船体的支座逐渐增多，直到船体完全浮起前仅留首支座(1号横梁)支持船体。用有限元法，从始滑起每滑一段距离作一次计算，根据重力、支反力和浮力的平衡条件. 便可求得各支反力随滑程的变化以及任一滑程下支座反力沿船体的纵向分布。所得结果较 视船体为刚体的计算不仅更确切地预报了艏部船体处的支座反力，还同时预报了对船体强 度影响甚大的尾浮前滑道末端处对船体的支座反力。2. 计算实例以 B 船为例，计算结果列于图4、图5和表2中。图4和图5的比较表明，最大支反力的计算值与试验值相当吻合，支反力随滑程的变化 略差一些，作为强度校核时的载荷确定，亦已足够。表2列出了滑道末端处对船体的支座反力的计算结果。因 A、B 两船没有测量滑道末 图 4B 船船体1号下水横梁处支座反力的计算与试验比较(N——支反力，I.- 滑程) 图5B 船船体2号下水横操处支座反力的计算与试验比较(N——支反力， I.— 滑程)
E2 B船尾浮前滑道末端支座反力计算结果(kN)
支座号 滑 程 ( m )4647484950515253
78.09262.59261.53580.21952.51'771.931172.311075.422243.29
83.01191.87197.21338.281056.501100.801990.192069.16
92.89186.05225.16975.462348.992686.83
102.15570.25673.092507.42
106.55733.48848.21
舱壁 舱壁185190 200 210
220舱壁230舱壁 艉垂线240 250 260助位号
支座号46 -47 48 49 50 51 52 53
端处的支座反力，虽无比较，但表列结果是符合船舶纵向下水规律的，是可信的。表中不仅显 示出艉部最后53号支座与视船体为刚体的计算 一 样具有较大的反力，同时还显示了从48 号支座起往后的各支座反力有可能超过53号支座处的反力。与图3相比，滑道末端处的反 力亦不低于艏部的支座反力。无疑，这对校核艉部结构的局部强度提供了有益的依据。(四) 小 结本文说明为开展船体纵向下水计算研究已具备了试验基础。本文提出的弹性船体的支 座反力计算方法改进了视船体为刚体的计算方法，若进 一 步计及船台对支反力的影响及艉 部入水后的水动力影响，预计计算结果将会更令人满意。船台滑道末端支反力对艉部局部强 度有很大的影响，尤其是对大型船舶。建议今后大型船舶下水要作好这方面的计算分析，并 对高支反力处的船体结构作相应的强度校核。
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