傾覆船舶扳正過(guò)程中的受力分析與計(jì)算.pdf

1、船舶是水上載運(yùn)的主體，在水上載運(yùn)過(guò)程中有時(shí)會(huì)發(fā)生船舶傾覆事故。打撈傾覆船舶時(shí)，一般需要先對(duì)傾覆船舶進(jìn)行扳正，使其達(dá)到甲板基本向上姿態(tài)。傳統(tǒng)制定傾覆船舶扳正方案時(shí)，一般根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)整個(gè)扳正過(guò)程，缺乏必要的設(shè)計(jì)理論與計(jì)算方法。針對(duì)上述問(wèn)題，本文采用理論計(jì)算與軟件仿真模擬相結(jié)合的方法，研究了傾覆船舶扳正過(guò)程中的力學(xué)特性，推導(dǎo)了相關(guān)的計(jì)算公式，并討論了浮性、穩(wěn)性、擱坐力、泥土阻力、扳正速度以及水動(dòng)力等因素對(duì)船舶扳正的影響。
　　本文基

2、于船舶靜力學(xué)原理，采用Euler角參數(shù)建立了傾覆船舶扳正力和力矩模型，提出了利用牛頓迭代法逐次逼近求解扳正力的方法;根據(jù)傾覆船舶扳正過(guò)程中縱傾角的變化量，推導(dǎo)了二/三維穩(wěn)性力矩的計(jì)算公式;通過(guò)分析破艙內(nèi)進(jìn)水、自由液面和氣穴的情況，提出了傾覆船舶破艙在扳正過(guò)程中的四種典型形式，并給出各種形式破艙在扳正過(guò)程中轉(zhuǎn)換的界限條件。當(dāng)船舶擱淺于均質(zhì)泥土?xí)r，通過(guò)在擱坐區(qū)域上建立多個(gè)平行于船舶縱軸和橫軸的矩形網(wǎng)絡(luò)，得到了船舶各處的入泥深度，進(jìn)一步推導(dǎo)了

3、擱坐力分布表達(dá)式并求解了泥土對(duì)船舶的阻力矩;當(dāng)船舶擱淺于非均質(zhì)泥土?xí)r，將泥土對(duì)船舶的作用分為船舶與海底之間的剪切阻力矩、海底泥土擁土阻力矩和泥土壓實(shí)阻力矩三種形式，利用M.H.Letoshnev提出的土體單位面積壓力和下陷量之間的關(guān)系推導(dǎo)了船舶擱坐力計(jì)算公式，得到船舶與海底之間的剪切阻力矩;采用Rankine被動(dòng)土壓力理論計(jì)算擁土阻力矩，并根據(jù)船舶對(duì)泥土壓縮功得到了船舶壓實(shí)阻力矩的計(jì)算方法。水面傾覆船舶扳正過(guò)程模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)，扳正前期，合

4、理調(diào)節(jié)自由液體數(shù)量和位置可以降低船體穩(wěn)性有利于扳正;扳正后期，自由液體的數(shù)量又是決定傾覆力矩大小的因素之一;而在扳正過(guò)程中，破艙傾覆船舶排水量會(huì)改變傾覆船舶的穩(wěn)性并隨著破艙進(jìn)水量的改變而變化;單側(cè)艙室破損降低傾覆船舶穩(wěn)性，前期有利于扳正，后期卻會(huì)增加扳正的難度。擱淺傾覆船舶扳正過(guò)程模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)，擱淺傾覆船舶的初始穩(wěn)距和穩(wěn)性力矩均較小，而在扳正后期則會(huì)產(chǎn)生較大正/負(fù)向力矩，需要施加較大的扳正力矩以維持船舶平衡;深水?dāng)R淺船舶的初始穩(wěn)距較大，

5、但其扳正后期需要的扳正力矩較小;當(dāng)船體多點(diǎn)擱坐或擱坐在軟質(zhì)灘涂時(shí)，設(shè)置過(guò)多的擱坐點(diǎn)不僅降低計(jì)算效率，也有增加計(jì)算錯(cuò)誤幾率的風(fēng)險(xiǎn)，在滿足船體強(qiáng)度和工況的前提下，可以設(shè)置相對(duì)重要的擱坐點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)剛體動(dòng)力學(xué)理論，建立傾覆船舶扳正的運(yùn)動(dòng)方程;基于流體功能原理，推導(dǎo)了慣性類(lèi)水動(dòng)力及附加質(zhì)量的計(jì)算方程;利用Taylor展開(kāi)式得到粘性水動(dòng)力公式;根據(jù)扳正過(guò)程中船舶運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，得到粘性水動(dòng)力的簡(jiǎn)化算法;基于勢(shì)流理論推導(dǎo)了海水動(dòng)壓力，進(jìn)一步由Gau