一种面向实际应用的集装箱船静水扭矩设计值求解方法

摘要

本发明涉及一种面向实际应用的集装箱船静水扭矩设计值求解方法，其特征在于，集装箱船某BAY内横向不对称装载引起的扭矩MST，单位：kNm，按下式计算：MST＝0.125fmMgB，式中，fm表示横向装载的不对称度；M表示该BAY内均匀装载时的最大装箱质量，单位：t；g为重力加速度，9.81m/s2；B为型宽，单位：m。本发明提出了新的求解公式，通过该公式不仅可以考虑装箱重量以及堆放形式的影响，还可以考虑横向不对称度这一因素对静水扭矩的影响。同时，将装箱重量这一因素进行细化分解，与装箱数量与集装箱设计载荷进行关联。

说明书

技术领域

本发明涉及一种可以获得相对合理的静水扭矩设计值的方法，属于集装箱船结构设计技术领域。

背景技术

集装箱船属于大开口船舶，舱口宽度已达到、甚至超过船宽的80％，舱口长度达到舱壁间距的90％，大大超过普通货船，从而使船体扭转刚度严重削弱，其扭转强度的重要性已经上升到与总强度相等的地位。

在集装箱船的具体设计中，静水扭矩通常根据船级社规范或指南推荐值确定。各主要船级社关于集装箱船静水扭矩的计算公式如表1所示：

表1各主要船级社关于集装箱船静水扭矩的计算要求

通过表中各规范的经验公式可发现，静水扭矩设计值一般与装箱的重量或堆放形式相关。从根本上讲，静水扭矩是由不对称装载计算得到。虽然集装箱船总体装载可保持正浮，但其横向不对称装载是不可避免的，特别是局部的BAY之内，图1A及图1B某18000TEU集装箱船船舯常规横向不对称的装载及静水扭矩分布示意。集装箱在左右两舷的横向不对称装载的程度会对静水扭矩值的大小产生决定性影响。横向不对称度越大，说明左右两舷集装箱的重量差距越大，静水扭矩值就越大；横向不对称度越小，左右两舷集装箱的重量差距越小，静水扭矩值就越小。

然而，现有规范中计算公式的不足之处在于，无法体现横向不对称度对于静水扭矩值计算的影响，因此通过表1所示的公式计算的结果会与集装箱船实际装载所受的静水扭矩值存在出入，从而对结构设计造成影响。另外，对于装箱重量而言，20呎集装箱存在不同的设计载荷(24t/20t/16t/12t)，采用不同的设计载荷理论上应得到不同的静水扭矩值，但是多数船级社规范将该因素包含在某一系数中，无法明确其具体取值，同时无法考虑该因素改变对于最终静水扭矩值计算的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有船级社规范计算集装箱船静水扭矩设计值时无法同时考虑横向不对称度以及集装箱设计载荷。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种面向实际应用的集装箱船静水扭矩设计值求解方法，其特征在于，集装箱船某BAY内横向不对称装载引起的扭矩M

M

式(1)中，f

优选地，所述BAY内均匀装载时的最大装箱质量M按下式(2)获得：

M＝m

式(2)中，m

优选地，考虑船舯舱盖上集装箱的设计载荷通常小于舱内的集装箱的设计载荷设计所述系数A的取值。

优选地，所述横向装载的不对称度f

f

式(3)中，f

优选地，所述左右舷装载的集装箱质量比f

式(4)中，m

优选地，在计算所述集装箱船某BAY内横向不对称装载引起的扭矩M

优选地，在计算所述集装箱船某BAY内横向不对称装载引起的扭矩M

M

式(5)中，m

优选地，选取f

优选地，实际装载中尽量避免连续的同向的横向不对称装载，以免产生叠加的静水扭矩，其中，同向表示：前一个BAY左舷装载轻、右舷装载重，紧接的一个BAY出现同样情况。

优选地，采用尽可能在前后2个BAY范围内达到左右舷相对均匀，以减小已产生的静水弯矩。

本发明提出了新的求解公式，通过该公式不仅可以考虑装箱重量以及堆放形式的影响，还可以考虑横向不对称度这一因素对静水扭矩的影响。同时，将装箱重量这一因素进行细化分解，与装箱数量与集装箱设计载荷进行关联。

附图说明

图1A及图1B为某18000TEU集装箱船船舯常规横向不对称的装载及静水扭矩分布示意。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明公开的一种面向实际应用的集装箱船静水扭矩设计值求解方法，采用以下公式计算集装箱船静水扭矩：

集装箱船某BAY内横向不对称装载引起的扭矩M

M

式(1)中，f

BAY内均匀装载时的最大装箱质量M可按下式(2)获得：

M＝m

式(2)中，m

横向装载的不对称度f

f

式(3)中，f

式(4)中，m

从式(3)和式(4)可以看到，左右舷集装箱质量比越接近1，说明左右舷集装箱质量差别越小，相应地，不对称度也越小。

研究后认为，集装箱船装载计算时，为获得合理的静水扭矩包络值：

(1)尽可能在装载手册中定义可能出现的横向不对称装载工况；

(2)如无明确的横向不对称装载工况，可按下式(5)计算静水扭矩包络值M

M

式(5)中，推荐选取f

(3)由于静水扭矩具有叠加效应，因此，实际装载中应尽量避免连续的同向的横向不对称装载，以免产生叠加的静水扭矩；宜采用尽可能在前后2个BAY范围内达到左右舷相对均匀，以减小已产生的静水弯矩，类似图1A。其中，所谓“同向”，即前一个BAY左舷装载轻、右舷装载重，紧接的一个bay同样情况。

(4)许用静水扭矩沿船长的分布建议设置为单一的值。

分别根据20呎集装箱不同的设计载荷(24t/20t/16t/12t)，按式(1)与式(2)计算得到横向装载各不对称度(100％、75％、50％、25％和0％(均匀装载))下的船体梁静水扭矩计算结果如下：

表2各不对称度下目标船的船体梁静水扭矩计算结果

各主要船级社关于集装箱船静水扭矩的计算公式和计算结果(针对目标船型：18000TEU集装箱船)如表3所示：

表3各主要船级社关于集装箱船静水扭矩的计算要求

从规范计算结果及与表3的结果比较看：

(1)船级社规范推荐的静水扭矩，CCS明显偏小、DNVGL要求最大，ABS、BV以及LR的要求较为接近；

(2)如以24吨的20呎集装箱最大设计载荷为计算依据，DNVGL关于静水扭矩的结果对应于横向不对称度为75％，ABS、BV和LR的结果对应于横向不对称度为53％～60％；

(3)如以20吨的20呎集装箱设计载荷为计算依据，DNVGL关于静水扭矩的结果对应于横向不对称度为90％，ABS、BV和LR的结果对应于横向不对称度为64％～73％。