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我国在上世纪80 年代发明了船舶气囊下水工艺。该工艺用气囊作为船舶下水工具，将船台上已建造完成的船舶用多个气囊顶起，去掉支墩，再在船艏施加一定或船艉施加一定的力，使船舶在气囊的滚动下沿船台与下水坡道下水。由于该工艺无需建造滑道，下水操作简易，经济优势明显，因此，现已在国内中小型造船企业中得到广泛应用。每年采用该工艺成功下水的有上百艘船舶，并已在国外船厂中得到使用。但对该工艺的理论研究还较为缺乏， 国内外报道的研究成果很少， 提出的观点主要针对计算气囊承载力问题，对于下水过程中船舶、船台的受力变化计算均没有较详细的研究。这主要因为在气囊滚动下，船舶下水是动态的，加之气囊在下水过程中内压的变化很难找到规律，研究较为复杂，所以理论研究相对缺乏， 因而不仅使人们对采用该工艺下水的船舶安全性产生疑虑，也影响该工艺的推广。
本研究针对下水过程中船舶、气囊、船台间的相互作用力提出宽支座弹性计算模型， 并应用该模型进行实例计算分析， 认为该模型可用于下水过程中的船台压力分析。
通过对气囊工作高度的分析， 结合气囊工作长度，可以计算出每个气囊的承载力。经计算，全部气囊的承载力为4 351×107 N， 船梁对气囊的压力为4 331×107 N。经比较，误差为0.5%，符合要求，表明计算是正确的。
由于上述计算将气囊简化为单个弹簧， 与实际状况不尽相同，因此需在计算出气囊工作宽度后，将弹簧按并联原理分为数个弹簧， 使每个气囊成为多点支撑的宽支座模型。经计算，由于每个气囊的工作宽度在0.7～0.8 m，且相差不大，因此，确定每个气囊相当于由4 个弹簧组成， 则单个气囊里每个弹簧的刚度为k=Ki/4 。同理，建立上述计算模型，再次计算弹簧对船梁的反力， 计算结果比单弹簧模型更接近实际受力状况，数值基本同上。在得出每个气囊对船台的压力后，船台的受力状况，如沉降、内力等可按规范要求进行计算。同理，可对船梁的变形、应力等进行分析，也可得到船梁总纵弯矩与切力图谱，以校核该阶段的船梁总强度。
2.2.2 其他阶段计算及分析
通过对上述不同行程下船舶的受力进行分析，得出整个下水过程中船梁、船台受力状况（包括船梁总纵弯矩与切力等）。结合建造时船台的原始设计，可确定船台压力设计值， 也可校核整个下水过程船梁总强度是否满足要求。通过对不同行程下船台的压力计算发现， 船台在整个下水过程中船台板的最大压力处于船舶抬升阶段， 滑道下水工艺中船台板最大压力处于艉浮阶段有所不同，因此，船台设计中，在满足气囊滚动速度一致、气囊距离不变的条件下，只需比较坐墩时与气囊抬升时的船台板最大压力， 即可得到船台压力的设计值。
3 结论
目前，船舶采用气囊下水工艺的船台、船体受力计算，还只停留在力学平衡计算阶段，无法考虑气囊对船体支撑是否会对船体变形产生影响。本研究通过将气囊弹簧化， 提出关于船梁与船台板受力分析的宽支座弹性计算方法， 可以分析船舶整个下水过程中船梁、船台的受力状况，主要针对船台压力进行分析。采用二维有限元方法计算，比较容易，在一定程度上解决了船舶气囊下水过程中船台压力计算的关键问题。 |
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