工程船舶锚泊系统分析与应用

武汉理工大学

硕士学位论文

工程船舶锚泊系统分析与应用

姓名：王丹

申请学位级别：硕士

专业：船舶与海洋结构物设计制造指导教师：刘家新

20070501

下：式中Ｈ。——有义波高（ｍ）；

Ｐ广——水的密度（ｋｇ／ｍ３）；

ｇ——重力加速度（ｍ／ｓ２）；

Ｋ——系数；

胪——船宽（ｍ）；

ａ——浪向角（度）。

本论文借助上述公式得到需要的波浪二阶漂移阻力。

本论文中环境力的计算都是通过ＶＢ编程计算的，其中波浪力的计算界面如

图２．１－１二阶波浪平均漂流阻力

图２．１．２二阶波浪慢漂阻力

‰＝－．ＬＣ缈Ｐ∥％２ＡＬ（２．２．５）Ｚ

１

Ｍｍ＝妄ｃｍ肌％。以‰（２．２．６）

‘

式中：ｈ、Ｆ。、Ｍ。分别为纵向风力、横向风力和艏摇风力矩，ｋＮ或ｋＮ．ｍ。Ｃ。、Ｃ。、Ｇ。分别为纵向风力系数、横向风力系数和艏摇风力矩系数。ｐ。为空气密度，ｋｇ／ｍ３Ｖ．为海平面以上ｌＯｍ处的风速，ｍ／ｓ。Ａ，为正向受风面积，ｍ２，Ａ。为侧向受风面积，ｍ２。ｋ为两柱间长，ｍ。风力系数Ｃ。、Ｃ。ｃ。根据风向角、装载状况及船艏形状由ＯＣＩｂＩＦ资料中的图谱得到。如果需要核算的装载状况处于满载及压载状况之间，则风力系数可按船中处干舷线性内插求得。

如果能够找到ＯＣＩＭＦ有关计算环境力的资料，那么通过ＶＢ编程计算风载荷的界面如图２．２．１。

图２．２．１根据ＯＣＩＭＦ计算风载荷

虽然上述计算风载荷的方法目前是标准载荷算法，但是如果资料有限，可以考虑用其他方法计算风载荷，本论文中没有充足的ＯＣＩＭＦ资料，采用的是文献［３３］中推荐的一种算法，即按空气阻力系数估算空气阻力（风载荷）：

Ｒ．＝Ｉ／２Ｃ。Ｐ－ｖ。２Ａｌ（２．２．６）

式中：

Ｒ广空气阻力（Ｎ）；

ｐ广空气密度，常取１５’时的数值：

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３．５悬链线方程的应用

实例。

以某链索泊碇的浮船坞为例：坞长２４６．４ｍ，坞宽５１ｍ，坞深１８．４５ｍ，采用１２根Ｕ３－０８１ｍｍ锚链，海底桩锚为沉石，每米链重ｑ＝１．３ＫＮ，水深ｈ＝２０．８５ｒｎ。

（１）己知该浮船坞在某潮位时进行链索预紧，分配到每根链索的水平力为Ｒ＝３７２ｋＮ，预紧后要求对沉石不产生上拔力，校核悬链张力（即预紧力Ｔ．）及校核抛锚距离１２０ｍ是否足够。

解：设定ａ＝Ｏ；通过程序进行计算，结果见图３．５．１。由图３．５．１知：（１）中Ｒ＝３７２ｌ（Ｎ时，需要的最小抛锚距离是１０８．５８ｍ，所以抛锚１２０ｍ是足够的。

（２）已知该浮船坞在高潮位台风工况下第１１根锚泊链分配到的水平阻力Ｒ＝１５８４．６ｋＮ，抛锚距离ｘ＝１２１．０６ｍ，允许沉石产生少量上拔力。求：ａ角、核算上拔力Ｆ及校核挂链力Ｔ。

解：通过程序进行计算，结果见图３．５．２。由图３．５．２知：在给定条件下允许的ａ角为６．９５７度，允许的上拔力为１９３．２５ＫＮ，挂链点拉力为１６２３．４ＫＮ，此链是安全的。

（３）已知该浮船坞某锚链的挂链力Ｔ＝１６２３．５ｋＮ，若要求沉石不产生上拔力，求该链抛锚距离Ｘ的最小值。

解：设定ａ＝０；通过程序进行计算，结果见图３．５．３。由图３．５．３知：该链最小抛锚距离是２２５，９７ｍ。

图３．５．１实例（１）解

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图３．５．２实例（２）解

图３．５．３实例（３）解

此结果在计算完毕之后写进了ｅｘｃｅｌ表中，可以在ｅｘｃｅｌ中打印、编辑和计算。每一步的迭代过程可以在ＶＢ的立即窗口看见。

３．６锚泊定位系统静力分丰斤【９】

３．６．１预张力的确定

定义（１－ｓ）／ｈ为链的松弛度，它是个无量纲的数，其值在Ｏ～１之间。

当（（卜Ｓ）／ｈ＝Ｏ时，即ｌ＝ｓ，这是锚链假想绷紧的最大极限，此时链索的回复力和张力均趋于无穷大。

当（１一Ｓ）／ｈ＝ｌ时，即ｓ＝Ｏ，ｌ＝ｈ，这是锚链最松的情况，此时链索的回复力为０。

图４．３．２水流载荷计算

图４．３．３二阶波浪平均漂流阻力计算

总阻力Ｒ＝２８３．２ＫＮ。

４。４锚绳参数、锚的选取及预张力的确定

在所有锚绳中，总有的锚绳受力大，有的锚绳受力小，在极限情况下是只有一根锚绳的张力来平衡外力，在这种情况下确定此锚绳参数，其他锚绳选择和此锚绳一样的参数，即整条船的锚绳取相同型号。

锚绳参数在附录表Ａ中选取

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试取锚索：

钢丝绳ＧＢｌｌ０２—７４６×３７＋ＦＣ，（Ｐ４３ｒａｍ，破断力１０８０ＫＮ，索重６．５５３ｋｇ／ｍ。

计算抛锚工况：

水深ｈ＝１２．５ｍ，要求抛锚后不对锚产生上拔力，确定悬链参数。

根据已知条件，通过ＶＢ程序得到计算结果见图４．３．５：

根据计算结果知道，本例中锚索的安全系数：

ｎ＝破断力／锚索张力＝１０８０／２８４．０３＝３．８

如果安全系数不够或者需要安全系数再大一点，可以重新选择锚绳再次计算，笔者认为该安全系数合适，不需要再进行计算，也就是说试取的锚绳符合要求。

图４．３．５无上拔力时的悬链线参数

根据３．１的内容确定锚重：

Ｗ＝Ｒ／Ｋ＝２８３．２ＫＮ／５＝５６．６４ＫＮ

实取斯贝克锚６０００ｋｇ。

选一节与所选锚绳破断力相当的锚链与锚连接，并让其卧底。

根据３．６．１的内容，由程序计算确定预张力。航工桩９锚泊系统的预张力见图４．３．６。

由图４．３．５知，在极限状态下，锚绳挂断力为２８４．０３ＫＮ，由于没有考虑动张力的影响，锚绳张力值可能偏小，据此初步选择最大张力能力为４００ＫＮ的锚机。