组合式钢坞墩及其布置有限元分析方法与流程

1.本发明涉及坞墩领域，特别是涉及组合式钢坞墩及其布置有限元分析方法。


背景技术：

2.船体建造时，一般是在船坞中进行，需要在船坞坞底设置坞墩以支承船体。现有的坞墩通常是在水泥坞墩上设置垫木，以垫木加水泥坞墩结合的方式形成水泥坞墩组件来支撑船体。但是垫木使用频率很高时，其下沉量会加大，进而会影响船坞内船体基线控制，难以保证船体的建造精度。由于钢质坞墩的屈服强度大于水泥坞墩组件的屈服强度，其下沉量比垫木小，为了确保船体基线水平度，保证船体建造精度，现已逐步采用钢质坞墩代替水泥坞墩组件。在使用钢质坞墩时，由于组合式钢质坞墩可以根据不同高度需要，自由搭配支撑体和底座以调节高度而受到广泛应用。在中国专利cn208931609u公开了一种组合式活络自锁钢坞墩，包括支撑体、楔块和底座。支撑体包括支撑管，底座包括套管。支撑管和套管插接，套管的直径略大于支撑管的直径，即支撑管和套管以间隙配合的方式结合。由于钢坞墩较重，通常需要用叉车来搬运，但是由于支撑体和底座装配的时候是以间隙配合的方式结合，在用叉车搬运时坞墩会产生颠簸，因为配合间隙的存在，支撑体会相对于底座运动，使得支撑体和底座互相撞击导致支撑体或底座发生损伤。因此，现有组合式钢坞墩在使用叉车搬运时，存在支撑体和底座容易产生相互损伤的问题。
3.同时，由于钢质坞墩的屈服强度大于水泥坞墩组件的屈服强度，在使用组合式钢坞墩和水泥坞墩组件混合配置后，坞墩(包括组合式钢坞墩和水泥坞墩组件)的总数量会比全部采用水泥坞墩组件时减少，同时船体各部位的变形量也将不同于全部采用水泥坞墩组时的变形量。为了确保船体基线水平度，保证船体建造精度，须保持使用组合式钢坞墩和水泥坞墩组件混合配置后的船体变形量要不大于全部采用水泥坞墩组时的船体变形量，现有技术中无法保证组合式钢坞墩和水泥坞墩组件的总数量变少的同时船体搭载变形量不超过初始船体变形量。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种组合式钢坞墩，包括：上支撑架、下支撑架和止动件。所述上支撑架包括上结合部和叉车部，所述叉车部用于承接叉车车臂。所述下支撑架包括下结合部，所述下结合部和所述上结合部套接。所述止动件与所述上结合部及所述下结合部同时活动连接以阻止所述上结合部和所述下结合部发生相对运动。
5.优选地，所述止动件包括上止动件和下止动件，所述上止动件设置于所述上结合部，所述下止动件设置于所述下结合部，所述上止动件和所述下止动件过盈连接。
6.优选地，所述上支撑架包括上平板，所述上平板与所述叉车部的上端以及所述上结合部的上端连接。
7.优选地，所述上止动件为长方体状。
8.优选地，所述上止动件至少有两个，所述至少两个上止动件对向设置于所述上结
合部的两侧。
9.优选地，所述叉车部至少有4个，所述至少4个叉车部均布设置于所述上平板。
10.优选地，所述下支撑架包括下平板，所述下平板设置于所述下结合部的下方。
11.优选地，所述下止动件包括第一平板和第二平板，所述第一平板和所述第二平板间隔对向设置于所述下结合部的外侧，所述上止动件位于所述第一平板和所述第二平板之间。
12.本发明还提供了一种组合式钢坞墩布置有限元分析方法，包括以下步骤：
13.s1：建立船体有限元分析模型，其中，所述船体包括艉部总段和货舱总段；
14.s2：将水泥坞墩组件的布置信息输入到船体有限元分析模型中，计算船体下方的坞墩全部为水泥坞墩组件时的初始船体变形量；
15.s3：保持船体载荷不变的前提下，在船体有限元分析模型中配置组合式钢坞墩的布置信息和水泥坞墩组件的布置信息；以及
16.s4：在船体有限元分析模型中根据组合式钢坞墩的布置信息和水泥坞墩组件的布置信息进行船体搭载变形量预报，若预报的船体搭载变形量大于初始船体变形量，则转到步骤s3。
17.优选地，步骤s3包括：
18.在船体有限元分析模型中将艉部总段机舱下方水泥坞墩组件的布置信息替换成对应的组合式钢坞墩布置信息；以及
19.在船体有限元分析模型中将货舱总段中间下方水泥坞墩组件的布置信息替换成对应的组合式钢坞墩布置信息。
20.本发明的有益效果：在组合式钢坞墩的上支撑架设置上结合部和叉车部，叉车部用于承接叉车车臂。在组合式钢坞墩的下支撑架设置下结合部，再设置止动件，让止动件与上结合部和下结合部同时活动连接以阻止上结合部和下结合部发生相对运动。这样在使用叉车搬运组合式钢坞墩时，由于上结合部和下结合部是通过止动件活动连接的，两者不会发生相对运动，避免了上结合部和下结合部因为在使用叉车搬运时发生相对运动而发生损伤。
21.由于组合式钢坞墩的屈服强度大于水泥坞墩组件的屈服强度，在船体载荷不变的前提下，采用组合式钢坞墩和水泥坞墩组件混合配置，组合式钢坞墩和水泥坞墩组件的总数量将会小于单纯采用水泥坞墩组件时的数量。在船体有限元模型中根据水泥坞墩组件的布置信息和组合式钢坞墩的布置信息直接预报船体搭载变形量，可以防止在配置组合式钢坞墩的布置信息和水泥坞墩组件的布置信息时船体搭载变形量超过初始船体变形量，保证了组合式钢坞墩和水泥坞墩组件的总数量变少的同时船体搭载变形不超过初始船体变形量。
22.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明较佳的实施例并配合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
23.图1是本发明实施例中，组合式钢坞墩应用示意图；
24.图2是本发明实施例中，组合式钢坞墩分解图；
25.图3是本发明实施例中，组合式钢坞墩俯视图；
26.图4是本发明实施例中，图3的a-a线剖视图；
27.图5是本发明实施例中，图4的b-b线剖视图；
28.图6是本发明实施例中，上支撑架的仰视图；
29.图7是本发明实施例中，组合式钢坞墩布置有限元分析方法流程图；
30.图8是本发明实施例中，组合式钢坞墩艉部总段布置示意图；
31.图9是本发明实施例中，组合式钢坞墩货舱总段布置示意图；
32.图10是本发明实施例中，船体底部搭载变形量预报分析结果图；
33.图11是本发明实施例中，船体机舱区域和船体艉轴孔区域组合式钢坞墩反力有限元预报结果图；
34.图12是本发明实施例中，船体机舱区域与船体货舱底部过渡区域的结构应力分布图；
35.图13是本发明实施例中，组合式钢坞墩布置有限元分析方法子流程图。
36.附图标记说明：
37.1 组合式钢坞墩
38.10 上支撑架
39.100 上结合部
40.101 叉车部
41.102 上平板
42.11 下支撑架
43.110 下结合部
44.111 下平板
45.2 船体
46.20 艉部总段
47.21 货舱总段
48.22 坞墩空出区
49.3 止动件
50.30 上止动件
51.31 下止动件
52.310 第一平板
53.311 第二平板
54.a 船体艉轴孔区域
55.b 船体机舱区域
56.c 船体船壁区域
57.d 船体舱中区域
具体实施方式
58.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明
书所公开的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
59.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以互相组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
60.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于包覆不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
61.请同时参考图1到图4，该实施例为一种组合式钢坞墩1，其用于支撑船体2，包括：上支撑架10、下支撑架11和止动件3。上支撑架10包括上结合部100和叉车部101，叉车部101用于承接叉车车臂。下支撑架11包括下结合部110，下结合部110和上结合部100套接。止动件3与上结合部100和下结合部110同时活动连接以阻止上结合部100和下结合部110发生相对运动。止动件3可以是螺钉或者销钉，待上结合部100和下结合部110套接后，止动件3同时穿设于上结合部100和下结合部110以阻止两者沿上结合部100或下结合部相对运动。上结合部100和下结合部110的之间的相对运动可以是沿上结合部100或下结合部110的轴向移动、沿上结合部100或下结合部110的轴向转动或沿或沿上结合部100或下结合部110的轴向径向的移动，也可以是上结合部100和下结合部110的中心轴相对转动。
62.在组合式钢坞墩1的上支撑架10设置上结合部100和叉车部101，叉车部101用于承接叉车车臂。在组合式钢坞墩1的下支撑架11设置下结合部110，再设置止动件3，让止动件3与上结合部100和下结合部110同时活动连接以阻止上结合部100和下结合部110发生相对运动。这样在使用叉车搬运组合式钢坞墩1时，由于上结合部100和下结合部110是通过止动件3活动连接的，两者不会发生相对运动，避免了上结合部100和下结合部110因为在使用叉车搬运时发生相对运动而发生损伤。
63.请同时参考图2、图4和图5，优选地，止动件3包括上止动件30和下止动件31，上止动件30设置于上结合部100，下止动件31设置于下结合部110，上止动件30和下止动件31过盈连接。上止动件30和下止动件31可以采用强力挤压方式进行过盈配合。由于上止动件30和下止动件31在过盈配合时无需再借助额外的零件(比如借助螺钉或铆钉)连接，组合简便。尤其是在要进行装配的组合式钢坞墩1的数量较多时可以节约上止动件30和下止动件31的组合时间，提高组装效率。
64.如图4所示，优选地，上支撑架10包括上平板102，上平板102与叉车部101的上端连接，上平板102与上结合部100的上端连接。上平板102与叉车部101的上端可以采用螺栓、铆接或焊接的方式连接，上平板102与上结合部100的上端可以采用螺栓、铆接或焊接的方式连接。
65.如图2所示，上止动件30的数量至少是两个，至少两个上止动件30可以以焊接或一体成型的方式设置于上结合部100的两个侧面。
66.如图6所示，优选地，叉车部101至少有4个，至少4个叉车部101均布设置于上平板102。由于叉车部101需要和叉车车臂接触，使用次数多了后，上平板102一侧的叉车部101容易磨损，如果仅设置2个叉车部101，一旦上平板102一侧的叉车部101损坏将会导致需要更换整个上支撑架10，造成上支撑架10过快报废。叉车部101至少有4个，可以保证当上平板102的一侧两个叉车部101失效时，上平板102的另一侧的至少两个叉车部101还能继续使用，降低了上支撑架10的报废率。
67.请同时参考图1、图2和图5，优选地，下支撑架11包括下平板111，下平板111设置于下结合部110的下方。
68.如图5所示，下止动件31包括第一平板310和第二平板311，第一平板310和第二平板311间隔对向设置于下结合部110的外侧，上止动件30位于第一平板310和第二平板311之间。即上止挡件30可以插接到第一平板310和第二平板311围成的间隔中形成过盈连接。第一平板310和第二平板311可以是用焊接或一体成型的方式设置于下结合部110的外侧。例如，上止动件30可以为长方体状并插接在第一平板310和第二平板311之间。由于上止动件30为长方体状，上止动件30、第一平板310和第二平板311之间的接触面将会是平面，三者将不会发生周向的相对转动，进而防止上支撑架10相对下支撑架11周向转动，防止其在使用时不能为船体2提供稳定的支撑。
69.请同时参考图7到图9，在另一实施例提供了一种组合式钢坞墩1布置有限元分析方法，
70.s1：建立船体2有限元分析模型，其中，所述船体2包括艉部总段20和货舱总段21。
71.s2：将水泥坞墩组件的布置信息输入到船体2有限元分析模型中，计算船体2下方的坞墩全部为水泥坞墩组件时的初始船体2变形量。
72.s3：保持船体2载荷不变的前提下，在船体2有限元分析模型中配置组合式钢坞墩1的布置信息和水泥坞墩组件的布置信息。布置信息可以是组合式钢坞墩1或水泥坞墩组件在船体2下方的坐标位置信息。由于组合式钢坞墩1的屈服强度大于水泥坞墩组件的屈服强度，在船体2载荷不变的前提下，采用组合式钢坞墩1和水泥坞墩组件混合配置，组合式钢坞墩1和水泥坞墩组件的总数量将会小于单纯采用水泥坞墩组件时的数量，具体减少数量请参照表1。因此在船体2下方原来水泥坞墩组件的位置将会有一部分空置出来，称为坞墩空出区22。坞墩(包括组合式钢坞墩1和水泥坞墩组，下同)空置区22布置原则如下，减少船体2下方承重较轻的区域的坞墩数量，避免减少船体2的舱壁和舷侧下方承重较大区域的坞墩数量，在船体2机舱区域下方布置组合式钢坞墩1，在船体2的货舱和艏部仍保持为原来的水泥坞墩组件不变。坞墩空出区22可以为如三维调整机的机械提供作业空间。
73.表1使用组合式钢坞墩后坞墩总数量的减少情况表
[0074][0075]
如图8或图9所示，图中带阴影线的坞墩为组合式钢坞墩1或水泥坞墩组件，图中不带阴影线的区域为坞墩空出区22。
[0076]
s4：在船体2有限元分析模型中根据组合式钢坞墩1的布置信息和水泥坞墩组件的布置信息进行船体2搭载变形量预报，若预报的船体2搭载变形量大于初始船体2变形量，则转到步骤s3。变形量可以是船体2在组合式钢坞墩1或水泥坞墩组件上的下沉变形量。图10给出了坞墩数量减少后的船体2底部搭载变形预报的有限元分析结果。从图10可以看出，船体艉轴孔区域a下沉变形量减少至3mm内。船体机舱区域b使用组合式钢坞墩1后几乎无下沉。船体船壁区域c下沉变形量(在4mm-6mm的范围内)较大，但仍然小于初始船体2变形量。船体舱中区域d下沉变形量较小(小于2mm),与初始船体2变形量一致。
[0077]
船体机舱区域b使用了组合式钢坞墩1，船体机舱区域b与船体2的货舱过渡区域可能会产生底部支反力突变，导致底部结构应力过大。图11给出了船体机舱区域b和船体艉轴孔区域a中的坞墩反力有限元预报结果。从图11中可以看出，船体艉轴孔区域a中坞墩反力会加大，船体机舱区域b中的各个组合式钢坞墩1反力差别较大，最大反力约155t(吨)，超过平均反力的两倍。图12给出坞墩数量减少后船体机舱区域b与船体2的货舱底部过渡区域的结构应力分布，该最大应力为156mpa，小于坞墩屈服强度，因此坞墩的屈服强度满足要求。
[0078]
请同时参考图8、图9和图13，优选地，步骤s3包括：
[0079]
s31：在船体2有限元分析模型中将艉部总段20机舱下方水泥坞墩组件的布置信息替换成对应的组合式钢坞墩1布置信息。
[0080]
s32：在船体2有限元分析模型中将货舱总段21中间下方水泥坞墩组件的布置信息替换成对应的组合式钢坞墩1布置信息。
[0081]
由于组合式钢坞墩1的屈服强度大于水泥坞墩组件的屈服强度，在船体2载荷不变的前提下，采用组合式钢坞墩1和水泥坞墩组件混合配置，组合式钢坞墩1和水泥坞墩组件的总数量将会小于单纯采用水泥坞墩组件时的数量。在船体2有限元模型中根据水泥坞墩组件的布置信息和组合式钢坞墩1的布置信息直接预报船体2搭载变形量，可以防止在配置组合式钢坞墩1的布置信息和水泥坞墩组件的布置信息时船体2搭载变形超过初始船体2变形量，保证了组合式钢坞墩1和水泥坞墩组件的总数量变少的同时船体2搭载变形不超过初始船体2变形量。
[0082]
以上对本发明实施例所提供的一种组合式钢坞墩及其布置有限元分析方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有所改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，凡依据本发明的精神与技术思想所做的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。