基于的船载汽车吊装卸过程的吊缆张力分析(3)
图6 模拟值与解析值的对比
由图6 可知,模拟值和解析值是近似相等的。解析值为标准周期变化,最大张力为39.524 kN,最小张力为39.081 kN,幅值为0.443 kN。模拟值由于受到微小柱面体的影响,吊缆张力不断衰减,但衰减非常微小。t = 40 s 左右时,最大张力为39.523 kN,最小张力为39.082 kN,变化幅值为0.441 kN;t = 240 s 左右时,最大张力为39.517 kN,最小张力为39.087 kN,变化幅值为0.430 kN。在200 s 时间内,吊缆张力幅值仅衰减了2.49%。可见,该微小柱面体基本不影响吊物的摆动特性。
3.3 计算结果分析
由于每次计算时,运输船和浮体单元都是由静止状态开始运动的,开始的一段时间内计算的结果数据波动较大,与实际情况不符。在100 s 之后,吊缆张力变化趋于稳定,与实际情况相符。因此选取120 ~ 160 s 的数据进行分析。
图7 ~ 图12 分别为浮体单元在0°、45°和90°方向载荷作用下,各工况吊缆张力时程曲线,图中的水平虚线为浮体单元的自重。
图7 0°方向载荷时吊缆张力时程曲线(入水前)
图8 0°方向载荷时吊缆张力时程曲线(入水后)
图9 45°方向载荷时吊缆张力时程曲线(入水前)
图10 45°方向载荷时吊缆张力时程曲线(入水后)
图11 90°方向载荷时吊缆张力时程曲线(入水前)
图12 90°方向载荷时吊缆张力时程曲线(入水后)
由这些结果可见,吊缆张力与载荷的作用方向有关。选取工况2、工况4、工况8 和工况11 这4个具有代表性的结果对比,进行进一步分析,对比结果如图13 和图14 所示。
图13 工况2 吊缆张力时程变化对比
图14 工况4、工况8 和工况11 吊缆张力时程变化对比
从计算结果可以得到以下结论:
(1)由图7、图9 和图11 可见,被装卸的浮体单元在空中摆动时,吊缆张力变化呈现周期性变化,1 个周期内吊缆张力会出现1 个峰值,其周期约为4.0 s。吊缆长度改变,张力周期基本没有变化,且与船舶运动周期(波浪的谱峰周期为4.0 s)相接近,可认为吊物摆动为典型的受迫振动。吊缆的张力随吊缆长度的增加略有减小。
(2)由图8、图10 和图12 可见,工况4 和工况5 在静止状态时,被装卸的浮体单元下表面分别距离水面0.4 m 和0.2 m,受船体横倾与横摇的影响,运动时浮体单元下表面已经接触到了水面。由于受到浮力的影响,吊缆张力减小,但水面波浪的起伏与冲击造成吊缆张力在短时间内发生剧烈变化,数值大小甚至超出了浮体单元在空中时的数值。例如,在图12 中,当载荷方向为90°,t = 157.5 s 时,张力值为197.6 kN,是浮体自重(156.9 kN)的1.25 倍,此情况下对作业安全较为不利。
(3)工况6 ~ 工况10 为浮体单元的入水状态,在水的浮力和环境载荷的影响下,吊缆张力变化较为缓和,随着吃水的增加,吊缆张力逐渐减小。
(4)浮体单元在工况 11 时已经完全漂浮在水面了,由于船体横摇和波浪作用,吊缆张弛变化剧烈,张力会从0 N 突变至一个较大值,由图10 可以看出,在t = 152 s 时,吊缆张力从0 N 急速增加到85.8 kN,是浮体自重(156.9 kN)的0.55 倍,这种巨大的冲击对作业的安全也较为不利。
(5)从图13 和图14 的结果对比中可以看出,45°和90°方向的环境载荷对吊缆张力的影响明显大于0°,这是因为横浪和斜浪加剧船体运动,导致吊缆张力变化幅度增大。
4 结 论
本文基于AQWA 软件模拟了运输船上的汽车吊卸载浮体单元的过程,得到了不同工况下吊缆张力的变化。为了分析浮体单元在空中和即将接触水面时的工况,模拟的过程中综合考虑被卸载的浮体单元下降过程中发生的瞬时湿表面的改变情况和受到的波浪激励力的作用,采用在浮体单元下部设置微小柱面体的方式进行计算求解。文中选取了3 种方向的波浪载荷和11 种不同的工况对重物下降过程进行了准静态计算,对计算结果进行分析后,得到以下结论:
(1)卸载过程中,当被装卸的浮体单元将要接触水面时,由于水面波浪的起伏与冲击,造成吊缆张力在短时间内发生剧烈变化。建议浮体单元入水时,适当加快下降速度,使其快速进入水中,可降低吊缆张力突变的影响。
(2)当浮体单元已经完全漂浮在水面了,由于船体横摇和波浪作用,吊缆张弛变化剧烈,张力会从0 N 突变至一个较大值,这种巨大的冲击对作业的安全也较为不利。此时,吊缆要与浮体单元尽快分离或者迅速释放吊缆,使吊缆处于完全的松弛状态,避免冲击载荷。
文章来源:《海洋工程》 网址: http://www.hygczz.cn/qikandaodu/2021/0323/622.html
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