一種三用工作船尾滾筒設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及船舶設(shè)計(jì)與建造領(lǐng)域，特別設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)化的三用工作船尾滾筒結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 三用工作船（anchor handling towing supply vessel，簡(jiǎn)稱AHTS)是為海上石油 工程提供多種特點(diǎn)作業(yè)服務(wù)的深水作業(yè)三用型守護(hù)船，能為海上石油平臺(tái)提供多種物資和 材料，能進(jìn)行拋起錨作業(yè)及進(jìn)行平臺(tái)和大型船舶的拖運(yùn)作業(yè)。
[0003] 當(dāng)三用工作船幫助其他船舶、海洋平臺(tái)進(jìn)行拋起錨作業(yè)時(shí)，纜繩或錨鏈需要通過(guò) 鯊魚鉗和尾滾筒進(jìn)行導(dǎo)向。作業(yè)時(shí)，尾滾筒上會(huì)承受相應(yīng)的載荷，因此對(duì)尾滾筒的結(jié)構(gòu)有相 應(yīng)的強(qiáng)度和剛度要求。尾滾筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有強(qiáng)度要求高，結(jié)構(gòu)非線性，缺少船級(jí)社強(qiáng)度計(jì)算 依據(jù)等特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0004] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡(jiǎn)單、有效方法，大大縮短了 滾筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)間，有效控制滾筒重量。
[0005] 本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):一種三用工作船尾滾筒設(shè)計(jì)方法，包括 以下步驟：
[0006] 根據(jù)載荷、許用應(yīng)力和假定的滾筒半徑以及加強(qiáng)筋間距計(jì)算出滾筒外殼厚度；
[0007] 根據(jù)載荷和假定的滾筒半徑計(jì)算出滾筒軸向加強(qiáng)筋尺寸；
[0008] 根據(jù)載荷和假定的滾筒半徑計(jì)算出滾筒環(huán)向加強(qiáng)筋的尺寸；
[0009] 根據(jù)滾筒外殼厚度、滾筒軸向加強(qiáng)筋、滾筒環(huán)向加強(qiáng)筋的尺寸設(shè)計(jì)出相應(yīng)的滾筒。
[0010] 重復(fù)以上步驟，以滾筒半徑，加強(qiáng)筋間距為變量，以滾筒重量為目標(biāo)，對(duì)滾筒進(jìn)行 優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果選定設(shè)計(jì)方案。
[0011] 根據(jù)滾筒外殼厚度、滾筒軸向加強(qiáng)筋、滾筒環(huán)向加強(qiáng)筋的尺寸。
[0012]步驟1、計(jì)算出外殼板厚以及軸向加強(qiáng)筋間距：
[0013] 根據(jù)大量的有限元計(jì)算結(jié)果，參考板條梁的有關(guān)計(jì)算公式，得出外殼中間層計(jì)算
應(yīng)力的經(jīng)驗(yàn)公式， 對(duì)計(jì)算應(yīng)力公式進(jìn)行等式變換，得到外殼計(jì)算厚度公 ?.
[0014] 注:具體過(guò)程見附錄一。
[0015] 步驟2、確定軸向加強(qiáng)筋的尺寸與間距無(wú)關(guān)，只跟自身板厚及高度相關(guān)：
[0016] 根據(jù)大量的有限元計(jì)算結(jié)果，得到如下經(jīng)驗(yàn)公式，
式中，h對(duì)計(jì)算結(jié)果 的影響高于t，考慮到扁鋼的剖面要求
因此取1ι = 2(Η1^5,其中k為材料系數(shù)。則 以上公式可等效為
[0017] 由此通過(guò)等式變換，得出加強(qiáng)筋的尺寸計(jì)算公式，
[0018] 注:具體過(guò)程見附錄二。
[0019] 步驟3、確定環(huán)向加強(qiáng)筋尺寸與間距無(wú)關(guān)，只跟自身尺寸相關(guān)：
[0020] 根據(jù)大量的有限元計(jì)算結(jié)果，得到以下經(jīng)驗(yàn)公式，

[0023]上式中，h對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響高于t，考慮到扁鋼的剖面要求 因此取h 9 = 20tkQ·5,其中k為材料系數(shù)。則以上公式可等效為，
[0026]由此通過(guò)等式變換，得出加強(qiáng)筋的尺寸計(jì)算公式
（無(wú)面板），
[0027] 注:具體過(guò)程見附錄三。
[0028] 步驟4、根據(jù)以上公式，假定一組滾筒半徑和加強(qiáng)筋間距數(shù)據(jù)給出相應(yīng)滾筒的設(shè)計(jì) 重量；
[0029] 步驟5、根據(jù)步驟4以滾筒半徑，加強(qiáng)筋間距為變量，以滾筒重量為目標(biāo)，對(duì)滾筒進(jìn) 行優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果選定設(shè)計(jì)方案。
[0030] 本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：
[0031] 1、提出一種簡(jiǎn)單易行的滾筒應(yīng)力手算方法，解決尾滾筒設(shè)計(jì)對(duì)于有限元軟件和有 限元計(jì)算人員的依賴。進(jìn)而減少相應(yīng)的設(shè)計(jì)時(shí)間，降低相應(yīng)設(shè)計(jì)人員的工作能力要求，有效 控制設(shè)計(jì)成本；
[0032] 2、得出滾筒設(shè)計(jì)各參數(shù)之間的相關(guān)性，通過(guò)有效的控制滾筒重量，節(jié)約建造成本；
【具體實(shí)施方式】：
[0033] 為了加深對(duì)本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，該實(shí)施例 僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。
[0034] 本發(fā)明一種三用工作船尾滾筒設(shè)計(jì)方法的一種實(shí)施方式，包括以下步驟：
[0035] 實(shí)施例1:
[0036]對(duì)系柱拖力150噸的三用拖輪尾滾筒進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要參數(shù)，設(shè)計(jì)載荷350噸，尾滾筒 長(zhǎng)度4000mm。
[0037]根據(jù)
【發(fā)明內(nèi)容】
步驟1，筒體外殼厚度計(jì)算公式如下，
[0039]根據(jù)
【發(fā)明內(nèi)容】
步驟2和步驟3,加強(qiáng)筋尺寸計(jì)算公式如下，
[0041]其中[0]=〇S/2,〇S為材料屈服強(qiáng)度。
[0042]采用Excel表格編寫上述計(jì)算公式，并以重量為評(píng)估目標(biāo)可知，R越小總重量越輕， 但是加強(qiáng)筋高度越高，考慮到實(shí)際船上安裝位置處線型以及滾筒建造方便，取R=l〇〇〇mm。 取材料為AH40，則，外殼板厚和軸向加強(qiáng)筋間距關(guān)系如下：
[0044]加強(qiáng)筋的板厚與尚度關(guān)系如下：
[0046] 因此選 h 選 410mm，t取25mm。
[0047] 綜合考慮殼體和加強(qiáng)筋總重量的關(guān)系，
[0049] 考慮到加強(qiáng)筋間距不宜太大，因此最小等分?jǐn)?shù)取8。根據(jù)上表可知，軸向加強(qiáng)筋數(shù) 量為8的時(shí)候重量較輕，因此選取軸向加強(qiáng)筋數(shù)量8的情況。
[0050] 最終，尾滾筒構(gòu)件尺寸如下：半徑R= 1000mm;外殼厚度t = 46mm;軸向加強(qiáng)筋尺寸 為FB25x410,數(shù)量為8;環(huán)向加強(qiáng)筋尺寸T25*410+25*100,數(shù)量4(間距800mm)。
[0051]用以上構(gòu)件建立有限元模型計(jì)算，得到結(jié)果如下：
[0053] 通過(guò)以上的算例表明，本發(fā)明簡(jiǎn)單易行、結(jié)果可靠。對(duì)比常規(guī)的滾筒設(shè)計(jì)流程，能 大大節(jié)省時(shí)間，控制成本。
[0054] 申請(qǐng)人又一聲明，本發(fā)明通過(guò)上述實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方法及裝置結(jié)構(gòu)， 但本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方式，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述方法及結(jié)構(gòu)才能實(shí) 施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)，對(duì)本發(fā)明所選用實(shí)現(xiàn)方法等 效替換及步驟的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開的范圍之內(nèi)。
[0055] 本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，凡采用和本發(fā)明相似結(jié)構(gòu)及其方法來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明 目的的所有方式，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種=用工作船尾滾筒設(shè)計(jì)方法，其特征在于:包括W下步驟： a、 根據(jù)載荷、許用應(yīng)力和假定的滾筒半徑W及加強(qiáng)筋間距計(jì)算出滾筒外殼厚度； b、 根據(jù)載荷和假定的滾筒半徑計(jì)算出滾筒軸向加強(qiáng)筋尺寸； C、根據(jù)載荷和假定的滾筒半徑計(jì)算出滾筒環(huán)向加強(qiáng)筋的尺寸； d、 根據(jù)滾筒外殼厚度、滾筒軸向加強(qiáng)筋、滾筒環(huán)向加強(qiáng)筋的尺寸設(shè)計(jì)出相應(yīng)的滾筒。 e、 重復(fù)W上步驟，W滾筒半徑，加強(qiáng)筋間距為變量，W滾筒重量為目標(biāo)，對(duì)滾筒進(jìn)行優(yōu) 化設(shè)計(jì)，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果選定設(shè)計(jì)方案。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種=用工作船尾滾筒設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述滾筒外殼應(yīng) 力計(jì)算公式為：所述滾筒外殼厚度的計(jì)算公式為：- . :， 所述滾筒軸向加強(qiáng)筋的尺寸計(jì)算公式為；（無(wú)面板），（面板取t*100)上式中，h對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響高于t，扁鋼的剖面要求 因此取11 = 20*4<^'5，其f 中k為材料系數(shù)，則W上公式等效為： （無(wú)面板），（面板取t*100);所述滾筒環(huán)向加強(qiáng)筋的計(jì)算公式為 其中：[0]--許用應(yīng)力，單位，Mpa;--線載荷密度，單位，N/mm; T一一設(shè)計(jì)載荷，單位，N; R--轅筒半徑，單位，mm; t--構(gòu)件厚度，單位，mm; 1--軸向加強(qiáng)筋間距，單位，mm; h--加強(qiáng)筋腹板局度，單位，mm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三用工作船尾滾筒設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：根據(jù)載荷、許用應(yīng)力和假定的滾筒半徑以及加強(qiáng)筋間距計(jì)算出滾筒外殼厚度；根據(jù)載荷和假定的滾筒半徑計(jì)算出滾筒軸向加強(qiáng)筋尺寸；根據(jù)載荷和假定的滾筒半徑計(jì)算出滾筒環(huán)向加強(qiáng)筋的尺寸；以滾筒半徑和加強(qiáng)筋間距為變量，以滾筒重量為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；根據(jù)優(yōu)化結(jié)果確定最終滾筒設(shè)計(jì)方案。本發(fā)明具簡(jiǎn)單、有效、方法簡(jiǎn)單、提高作業(yè)效率、大大縮短了滾筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)間和有效控制滾筒重量的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號(hào)】CN105590000
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510982670
【發(fā)明人】楊尚軍
【申請(qǐng)人】南通潤(rùn)邦海洋工程裝備有限公司
【公開日】2016年5月18日
【申請(qǐng)日】2015年12月24日