陳勝蘭

(滬東中華造船有限公司 上海 200129)

CSR剪力修正及NAPA宏程序?qū)崿F(xiàn)*

陳勝蘭

(滬東中華造船有限公司 上海 200129)

散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范;間隔裝載剪力修正;進(jìn)水工況剪力修正;NAPA

散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范自2006年4月1日生效,第五章船體梁強(qiáng)度對(duì)散貨船間隔裝載和進(jìn)水工況剪力修正提出了新的修正方法,正確理解該修正方法對(duì)設(shè)計(jì)者來說至關(guān)重要,使用NAPA宏程序?qū)崿F(xiàn)此修正方法對(duì)提高設(shè)計(jì)者的計(jì)算速度和正確率大有裨益。該文闡述了作者對(duì)規(guī)范的理解,并介紹如何用NAPA宏程序?qū)崿F(xiàn),供設(shè)計(jì)者參考。

0 概 述

散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范自2006年4月1日生效,該規(guī)范的生效對(duì)散貨船的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)推出了新的要求。在第五章船體梁強(qiáng)度的計(jì)算方面,對(duì)散貨船間隔裝載以及進(jìn)水工況剪力修正提出了新的規(guī)范要求。如何正確理解新的剪力修正方法以及在NAPA程序中實(shí)現(xiàn)此計(jì)算方法對(duì)散貨船的設(shè)計(jì)者來說至關(guān)重要。

NAPA軟件是由芬蘭NAPA公司開發(fā)的船舶設(shè)計(jì)軟件,它的功能包括線型生成、靜水力計(jì)算、完整穩(wěn)性計(jì)算、艙容(包括縱傾艙容)計(jì)算、破艙穩(wěn)性計(jì)算(包括確定性破艙和概率性破艙)等。NAPA的宏程序語言是一個(gè)強(qiáng)有力的工具,可以用來解決各種特定的問題,或者用來完成一些標(biāo)準(zhǔn)的、系列性的功能。充分利用NAPA宏程序,可以真正達(dá)到對(duì)于NAPA軟件的創(chuàng)造性使用。所有的NAPA命令,均可以用于編寫宏程序。NAPA的宏程序可以直接讀取NAPA數(shù)據(jù)庫中的任何數(shù)據(jù),因此給了使用者極大的發(fā)揮空間,可以在標(biāo)誰NAPA系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行宏程序編制,實(shí)現(xiàn)新的功能。NAPA的宏程序可以在船舶設(shè)計(jì)后期用于生成各種類型、各種格式的交船文件,諸如總縱強(qiáng)度手冊(cè)或者穩(wěn)性手冊(cè)等。本文對(duì)CSR剪力修正方法和如何使用NAPA宏程序?qū)崿F(xiàn)進(jìn)行探討,介紹宏程序編制思想,供設(shè)計(jì)者參考。

1 間隔裝載剪力修正規(guī)范理解

ΔQC——剪力修正量,如適用時(shí),考慮雙層底桁材傳遞至橫艙壁的載荷量。

規(guī)范指出最前貨艙前端和最后貨艙后端不必計(jì)入剪力修正量。

·非均勻裝載工況的船舶:如隔艙裝載工況和貨艙裝有壓載水的重壓載工況;

(ρ:海水密度,取1.025 t/m3)

·其他船舶:ΔQC=0。

規(guī)范中提到的隔艙裝載,指在裝貨時(shí)允許有些艙為空艙,對(duì)于該種設(shè)計(jì)的散貨船在船級(jí)符號(hào)里一般會(huì)有“BC-A,Holds Nos.2,4,…may be empty”船級(jí)符號(hào)。貨艙裝有壓載水的重壓載工況指中間的一個(gè)貨艙作為壓載水艙,在天氣惡劣的情況下,常采用重壓載航行,以抵御海上的風(fēng)浪。此種情況下,此貨艙的前后相鄰艙都為空,故為間隔裝載。

根據(jù)上述隔艙裝載剪力修正的要求,在滿艙和空艙之間的艙壁前后端剪力按照上述公式修正。在此艙壁前后端的剪力修正量見圖1。由于空艙M=0,故在空艙對(duì)此艙壁的剪力修正量直接表示為ΔQC=ραTLC。

圖1 剪力修正量ΔQC

其中公式里的參數(shù)計(jì)算公式如下:

式中 g——重力加速度,取9.81m/s2;

l0,b0——分別為所考慮貨艙的雙層底平面部分的長(zhǎng)度和寬度,m;b0應(yīng)在貨艙中間的船體橫剖面處量取;

lH——所考慮貨艙的長(zhǎng)度,m,在槽形橫艙壁高度的中間位置處量取;

BH——船寬,m,在所考慮貨艙中間的船體橫剖面內(nèi)底平面量取;

M——所考慮剖面所在的貨艙的貨物總質(zhì)量,t;

TLC——吃水,m,在所考慮貨艙中間的船體橫剖面處從基線垂直量至所考慮裝載工況的水線。

關(guān)于以上參數(shù)如何選取,下面用雙殼散貨船的一個(gè)貨艙作為例子,如圖2所示。

如圖2所示,l0,b0,BH都是在內(nèi)底平面量取的,lH是在艙室高度的一半處量取的艙室長(zhǎng)度,這些參數(shù)的選取要注意。

T的定義是此裝載工況下該貨艙中間剖面的吃水。根據(jù)裝載工況的計(jì)算結(jié)果會(huì)得出首垂線和尾垂線處的吃水,然后根據(jù)角度和距離關(guān)系可以計(jì)算出該艙中間剖面處的吃水。以上的剪力修正是在完整工況下。

根據(jù)國(guó)際船級(jí)社聯(lián)合規(guī)范URS17,對(duì)于散貨船要校核完整工況下發(fā)生的單艙破損的強(qiáng)度問題。此單艙破損進(jìn)水量是基于以下假定:裝貨部分滲透率為0.3,空的部分按滲透率0.95來考慮。在破損工況下的剪力修正和上述完整工況的修正方法相同,唯一不同的就是艙室貨物質(zhì)量M要計(jì)入該艙室破損時(shí)進(jìn)入該艙的水的質(zhì)量。用手工計(jì)算單艙破損進(jìn)水量要花費(fèi)很多時(shí)間,如果能在NAPA程序中調(diào)用此變量,則一切迎刃而解。

圖2

2 NAPA程序?qū)崿F(xiàn)完整工況剪力修正

下面就NAPA宏程序?qū)τ谕暾r剪力修正的編制思路給出描述,以第4號(hào)貨艙和第3號(hào)貨艙之間的艙壁#159處剪力修正為例,其它艙壁處的修正思路一樣,當(dāng)然這些都是基于相鄰的4號(hào)貨艙和3號(hào)貨艙是間隔裝載,在宏程序里會(huì)編制命令對(duì)此進(jìn)行判斷,讓程序自動(dòng)去識(shí)別需要進(jìn)行剪力修正的艙壁。

·調(diào)用參數(shù)引用完整工況下未修正的#159處剪力

@fr159=ld.sqntx(′shear′,#159)

·調(diào)用參數(shù)引用該裝載工況4號(hào)貨艙和3號(hào)貨艙的艙室載貨量

@NO3CARGO=ld.lqnt(′mass′,′NO3CARGO′)

@NO4CARGO=ld.lqnt(′mass′,′NO4CARGO′)

·調(diào)用參數(shù)引用該裝載工況首尾垂線處的吃水

@ta=ld.qnt(′TA′,′Y′) @tf=ld.qnt(′TF′,′Y′)

@rho=ref(′RHO′)

·設(shè)置計(jì)算ΔQC所需艙室參數(shù),計(jì)算剪力修正量ΔQC

4號(hào)貨艙計(jì)算參數(shù)從總布置圖上得到的信息如下:

@lh4=25.8

@l4=23.22

@b4=28.56

@bh4=36.8

@t4=ta-121.13*(ta-tf)/221

@@根據(jù)前面的首尾垂線處吃水ta＆tf得到四號(hào)貨艙中間處吃水

@FII4=1.38+1.55*l4/b4

@alpha4=l4*b4/(2+FII4*l4/b4)

@QC4=alpha4*(abs(NO4CARGO/(bh4*l4)-rho*t4))

@@根據(jù)四艙參數(shù)得到的剪力修正量QC4

3號(hào)貨艙計(jì)算參數(shù)從總布置圖上得到的信息如下:

@lh3=25.8

@l3=23.22

@b3=28.56

@bh3=36.8

@t3=ta-146.93*(ta-tf)/221

@@根據(jù)前面的首尾垂線處吃水ta＆tf得到三號(hào)貨艙中間處吃水

@FII3=1.38+1.55*l3/b3

@alpha3=l3*b3/(2+FII3*l3/b3)

@QC3=alpha3*(abs(NO3CARGO/(bh3*l3)-rho*t3))

@@根據(jù)三艙艙參數(shù)得到的剪力修正量QC3

從上面的程序思路進(jìn)行下來#159艙壁處的前后剪力修正值QC3,QC4已經(jīng)得到,為了簡(jiǎn)化對(duì)強(qiáng)度是否滿足要求的判斷,判斷最危險(xiǎn)的情況是否滿足要求就行,所以接下來對(duì)此艙壁處的剪力修正量采用前后艙壁處QC3,QC4中最小的一個(gè)進(jìn)行修正,如果選取的這個(gè)最小修正量進(jìn)行修正后都滿足規(guī)范要求,說明強(qiáng)度沒有問題。

·判斷選取QC3,QC4中的最小者作為修正量

@if QC4＞QC3 then

@QC159=QC3

@else

@QC159=QC4

@endif

·#159艙壁剪力修正后的數(shù)值

@sf159=fr159-abs(fr159)/fr159*QC159

@@用abs(fr159)/fr159判斷fr159處剪力正負(fù),以對(duì)fr159處的剪力進(jìn)行加或減QC159,得到修正后值

·#159艙壁剪力修正后和許用值的百分比

@if sf159＞0 then

@sh159=fmt(100*sf159/ld.sqntx(′shmx′,#159),1,8)

@@若為正剪力和#159處正許用值求百分比

@else

@sh159=fmt(100*sf159/ld.sqntx(′shmn′,#159),1,8)

@@若為負(fù)剪力和#159處負(fù)許用值求百分比

@endif

·判斷三四號(hào)貨艙是否間隔裝載

@if and(NO4CARGO＞0,NO3CARGO=0)＞0 then

@sfc159=fm t(sf159,0,8)@shc159=sh159

@elseif and(NO4CARGO=0,NO3CARGO＞0)＞0 then

@sfc159=fm t(sf159,0,8)@shc159=sh159

@else

@sfc159=″ @shc159=″

@endif

判斷后,如果是間隔裝載,則#159處剪力值sfc159取sf159,和該肋位處的許用值百分比shc159取sh159.如果不是間隔裝載,則#159處艙壁不用進(jìn)行剪力修正,其剪力值采用完整工況計(jì)算下未進(jìn)行修正的剪力值。

·判斷整個(gè)裝載工況是否出現(xiàn)間隔裝載情況,是否需要采用剪力修正格式輸出

@a=NO1CARGO*NO2CARGO*NO3CARGO*NO4CARGO*NO5CARGO*NO6CARGO*NO7CARGO

@b=NO1CARGO+NO2CARGO+NO3CARGO+NO4CARGO+NO5CARGO+NO6CARGO+NO7CARGO

LQ SD X FR BEND BMREL SHEAR SHREL

@ifand(0=a 0＜b)then

@@如果裝載狀態(tài)判斷結(jié)果有間隔裝載,采用剪力修正格式輸出報(bào)告

LISSD#36 #66 #99 #129 #159 #189 #222#250 TABLE=ONLY

REPL

TYPE------------------------------------

type X FR BEND BMREL SHEAR SHREL SFCORR SHRCORR

type m # tm % t % t %

too tab space=5 hd=ul

SLIST

TYPE------------------------------------

Ok

@else

@@如果裝載狀態(tài)判斷結(jié)果沒有間隔裝載存在,則直接輸入報(bào)告

TOO SD,HD=(UL,S,U,UL,-,UL),FIELD=*1,SPACE=5,MARG=4

LISSD#36 #66 #99 #129 #159 #189 #222#250

@endif

到此為止,完整工況下剪力修正NAPA程序?qū)崿F(xiàn)基本完成,把此宏程序保存到NAPA的TEXT里,保存名為L(zhǎng)ISTLD.SFCORR,這樣在NAPA輸出狀態(tài)的命令里就可以調(diào)用此宏命令,如下:

TYPE STRENGTH AT BULKHEAD

LIST LISTLD.SFCORR

下面附上用NAPA宏程序輸出的重壓載工況剪力修正后的強(qiáng)度報(bào)告,四號(hào)貨艙裝滿壓載水,需對(duì)四號(hào)貨艙的前后艙壁進(jìn)行剪力修正,計(jì)算輸出報(bào)告如下。

TAB

GETSFTEST

del all

ASG X X/′TAB*TABLE′

ASG FR FR/′TAB*TABLE′

ASG BEND BEND/′TAB*TABLE′

ASG BMREL BMREL/′TAB*TABLE′ASG SHEAR SHEAR/′TAB*TABLE′ASG SHRELSHREL/′TAB*TABLE′

ASG SFCORR″ ′@sfc66′ ′@sfc99′ ′@sfc129′′@sfc159′ ′@sfc189′ ′@sfc222?

@@把艙壁處修正后的剪力值放到SFTEST的TABLE中的SFCORR列中

ASG SHRCORR″″ ′@shc66′ ′@shc99′ ′@shc129′ ′@shc159′ ′@shc189′ ′@shc222′ ″@@把艙壁處修正后的剪力值和許用值的百分比到SFTEST的TABLE中SHRCORR列中

圖3

3 NAPA程序?qū)崿F(xiàn)破損工況剪力修正

破損工況剪力修正的基本原理和完整工況下基本相同,但是思路仍有區(qū)別,原因在于破損工況是發(fā)生在URS17規(guī)定的在裝載工況下每個(gè)貨艙都依次破損,比如有7個(gè)貨艙依次發(fā)生破損,當(dāng)每個(gè)貨艙破損時(shí),船舶的浮態(tài)都不相同,根據(jù)剪力修正計(jì)算要求,破損工況下的ΔQC計(jì)算公式中質(zhì)量M應(yīng)包括所計(jì)及貨艙的進(jìn)水質(zhì)量,要找出此破損狀態(tài)下的吃水和該艙室的進(jìn)水量,這個(gè)是破損工況剪力修正主要解決的問題。下面就URS17規(guī)定的破損工況下的剪力修正NAPA宏程序?qū)崿F(xiàn)逐步分析,以六號(hào)艙破損為例,對(duì)其前艙壁#99處進(jìn)行剪力修正。

·在輸出報(bào)告的LIST命令流里給破損工況剪力修正的宏程序取名為L(zhǎng)ISTLD.DAMSFCORR TYPE STRENGTH AT BULKHEAD

LISSD#36 #66 #99 #129 #159 #189 #222#250 DAM=IACS_HOLD6 TABLE=ONLY

@damcase=′IACS_HOLD6′

@@定義破損狀態(tài)即第六號(hào)貨艙破損

LIST LISTLD.DAMSFCORR

@@具體的宏程序?qū)崿F(xiàn)過程見下面的逐步分析

由以上LISSD…TABLE=ONLY將第六艙發(fā)生破損DAM=IACS_HOLD6的彎矩剪力值存放到TABLE中,以方便日后調(diào)用。當(dāng)?shù)诹撈茡p的計(jì)算工作結(jié)束后,接下來依次要考慮第7號(hào)貨艙破損,DAM=IACS_HOLD7,同樣要將七號(hào)貨艙破損時(shí)的彎矩剪力值保存到TABLE中再做同樣的出來,由于篇幅有限,只對(duì)6號(hào)貨艙破損時(shí)給出分析,其它艙室道理一樣。

·引用6號(hào)貨艙破損時(shí)保存在TABLE里艙壁處的剪力值,同時(shí)定義破損工況下的極限限制曲線TAB TABLE

@fr99=TP.VALUE(′TAB*TABLE′,′SHEAR′,3)

@@TABLE里SHEAR列的第三行存放的是#99處剪力值,這個(gè)不能錯(cuò)位STLIM DAMSEA

@@破損極限限制曲線名為DAMSEA

·引用未破損時(shí)與#99艙壁相鄰的六艙和五艙的艙室載貨量

@rho=ref(′RHO′)

@NO5CH=ld.lqnt(′mass′,′NO5CARGO′)

@NO6CH=ld.lqnt(′mass′,′NO6CARGO′)

·計(jì)算破損后六號(hào)貨艙的進(jìn)水量以及破損后的首尾垂線處吃水

@IF damcase=′IACS_HOLD6′THEN

!CALDA.COMMAND(′heel 0 5 10 20 30 40 45 60 70 80 85′)

!CALDA.COMMAND(′INI I1′)

LOAD@LDNAME

OK

@@使用函數(shù)!CAL DA.COMMAND(),可以在LD下直接執(zhí)行破損計(jì)算,上面就是通過此函數(shù)將名為@@LDNAME的完整工況定義為初步破損狀態(tài)I1,接下來的單艙破損都是在此狀態(tài)下進(jìn)行的。

!CAL DA.COMMAND(′CAL I1/IACS_HOLD6′)!CAL DA.COMMAND(′ASG DRES I1/IACS_HOLD6 STAGE=*LAST PHA=EQ SIDE=PS′)

@@破損計(jì)算結(jié)果保存在DRES中

@ta6=DA.ASSIGN(′DRES′,′TA′)

@@引用破損后的首尾吃水

@tf6=DA.ASSIGN(′DRES′,′TF′)

@WFL6=DA.ASSIGN(′DRES′,′WFL′)

@@引用破損后六號(hào)貨艙的進(jìn)水量

@NO6CARGO=NO6CH+WFL6

@@得到破損后的M(計(jì)入進(jìn)水量)

@ta=ta6

@tf=tf6

@ELSE

@@如果不是六號(hào)貨艙破損,則不計(jì)進(jìn)水量

@NO6CARGO=NO6CH

@ENDIF

·設(shè)置計(jì)算ΔQC所需艙室參數(shù),計(jì)算剪力修正量ΔQC

設(shè)置六號(hào)貨艙計(jì)算所需主要參數(shù):

@@for NO6CARGO

@lh6=28.38

@l6=25.8

@b6=28.56

@bh6=35.67

@t6=ta-68.24*(ta-tf)/221

@@根據(jù)破損后首尾垂線處吃水ta＆tf得到六號(hào)貨艙中間處吃水

@FII6=1.38+1.55*l6/b6

@alpha6=l6*b6/(2+FII6*l6/b6)

@QC6=alpha6*(abs(NO6CARGO/(bh6*l6)-rho*t6))

@@得到根據(jù)六艙破損情況得到的剪力修正量QC6

設(shè)置五號(hào)貨艙計(jì)算所需主要參數(shù):

@@for NO5CARGO

@lh5=25.8

@l5=23.22

@b5=28.56

@bh5=36.8

@t5=ta-95.33*(ta-tf)/221

@@根據(jù)破損后首尾垂線處吃水ta＆tf得到五號(hào)貨艙中間處吃水

@FII5=1.38+1.55*l5/b5

@alpha5=l5*b5/(2+FII5*l5/b5)

@QC5=alpha5*(abs(NO5CARGO/(bh5*l5)-rho*t5))

@@得到根據(jù)五艙參數(shù)得到的剪力修正量QC5

破損工況的#99處艙壁的前后端剪力修正量QC5,QC6都已得出,接下來的選取比較判斷工作和完整工況描述的下述目錄思路相同,可以參照前面的目錄中的詳細(xì)描述。

·#159艙壁剪力修正后的數(shù)值

·#159艙壁剪力修正后和許用值的百分比

·判斷三四號(hào)貨艙是否間隔裝載

·判斷整個(gè)裝載工況是否出現(xiàn)間隔裝載情況,是否需要采用剪力修正格式輸出

在最后輸出時(shí),要注意破損狀態(tài)強(qiáng)度的輸出與完整狀態(tài)的不同,LIS SD后要帶上DAM=@damcase,具體參照如下設(shè)置輸出:

@if and(0=a 0＜b)then

LISSD#36 #66 #99 #129 #159 #189 #222

#250 DAM=@damcase TABLE=ONLY

@else

TOO SD,HD=(UL,S,U,UL,-,UL),FIELD=*1,SPACE=5,MARG=4

LISSD#36 #66 #99 #129 #159 #189 #222#250 DAM=@damcase

@endif

將破損狀態(tài)下每個(gè)艙都按照上面的思路運(yùn)行一遍,就可以完成URS17中規(guī)定的完整狀態(tài)下每個(gè)貨艙依次破損的剪力修正。在NAPA輸出狀態(tài)的命令里調(diào)用宏命令LISTLD.DAMSFCORR,就可以對(duì)此破損狀態(tài)判斷并進(jìn)行剪力修正。

下面附上用NAPA宏程序輸出的重壓載工況,即四號(hào)貨艙裝滿壓載水,當(dāng)?shù)诹摪l(fā)生破損的強(qiáng)度輸出報(bào)告。分別對(duì)#66,#99,#129,#159處的橫艙壁作了剪力修正,計(jì)算輸出報(bào)告如圖4。

4 結(jié) 語

以上對(duì)CSR散貨船共同規(guī)范要求的剪力修正規(guī)范進(jìn)行了理解,并對(duì)NAPA宏程序?qū)崿F(xiàn)的關(guān)鍵思想作了闡述,此宏程序給大量工況下的剪力修正工作帶來很大的方便,一方面節(jié)省了計(jì)算時(shí)間,另一方面很大程度上提高了計(jì)算的準(zhǔn)確度,在輸出工況報(bào)告的同時(shí)完成了剪力修正工作。此NAPA宏程序還存在不足之處,思路也許可以更加簡(jiǎn)潔,內(nèi)容可以更加完善,但筆者希望此文對(duì)規(guī)范的理解和程序編制的思路能給讀者帶來啟示,起到拋磚引玉的作用,以期和同仁們共同探討!

[1] Common structural Rules for Bulk Carriers[S],July 2008.

[2] IACSUnified Requirements[S],S17,2007.

[3] Napa Manuals 2008[S].

[4] 鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范[S].

CSR Shear Force Correction and the implementation in the Napa Macro Program

Chen Shenglan

common structural rules for bulk carriers;shear force correction for the alternate load condition;shear force correction for the flooded condition;NAPA

The common Structural Rules for Bulk Carriers came into force in April 1st,2006.And the new shear force correction method for the alternate load condition and flooded condition are presented in the Chapter 5 for the Hull Girder strength.It is vital for designers to correctly understand this correction method.And the implementation of this method in the NAPA macro program can speed up the calculation and improve the accuracy.This paper presents the author's comprehension of this correction,and explains how to develop the NAPA macro program to provide the reference for designers.

U 662.9

A

1001-9855(2010)06-0047-06

2010-07-22

陳勝蘭(1982.07-),女,漢族,湖北人,工程師,從事船舶總體研究設(shè)計(jì)工作。