基于TSV-BLS的虚拟上层建筑总段吊装分析

吴 忠 张 开

（泰州口岸船舶有限公司 泰州225321）

基于TSV-BLS的虚拟上层建筑总段吊装分析

吴 忠 张 开

（泰州口岸船舶有限公司 泰州225321）

上层建筑总段吊装是船舶建造过程中的重要环节，直接影响船厂的建造周期。为保证吊装顺利进行，通常应计算起吊过程中结构变形和应力变化是否满足要求。文章以38 500 t散货船上层建筑总段整吊为例，应用TSV-BLS软件进行建模，模拟其动态起吊过程，分析结构应变和应力，根据计算结果进行优化处理，提高吊装安全系数，保证总段吊装的顺利进行。

上层建筑；总段吊装；TSV-BLS；动态分析

引 言

总段吊装是船舶建造中不可缺少的一环，直接影响生产效率、建造周期和生产成本等。对于外形较为规范的总段来讲，现阶段很大程度上依赖于熟练技工的现场经验，而对于外形复杂的总段（例如首尾和机舱总段），一般借助传统的有限元软件分析其强度和变形，查看其是否满足起吊要求。众所周知，总段建模是一个十分庞大的工程，将消耗技术人员大量的时间和精力，并且现阶段有限元软件只能进行静态的起吊受力分析，无法完整模拟整个吊装过程，对于缆绳是否干涉、总段吊装姿态是否满足等，都没有一个精准的预测，因此，有限元分析很大程度上限制分析结果的准确性［1］。

TSV-BLS是由日本泰科诺斯达株式会社研制的一款船舶分段吊装仿真应用软件。该软件能够按照船舶分段吊装计划，三维模拟起重机吊装船体分段过程。在分段吊装模拟时可方便地检查和确认分段在吊装过程中的各个位置、姿态，预测起重机缆绳的干涉情况；分段在吊装过程中的应力分布状况，从而确定是否需要对结构进行加强等。

该软件主要集成了日本联合造船厂的经验和需求开发而成。除日本联合造船外，日本三井造船和韩国三星重工等也已经将其有效用于船体结构建造中，目前国内已有10家造船企业采用该软件。

图1 吊码布置图

1 上建总段吊装方案介绍

上层建筑总段具有甲板薄、易变形、舱室多等特点，因此，文章选取上建总段作为分析对象。

吊装前的舾装程度直接影响船舶的生产效率、建造周期和建造成本等，但提高舾装率必定导致上层建筑质量增大，而其结构所采用的钢板厚度为6 ～ 12 mm，因此上层建筑总段具有质量大、尺度大和刚性小等特点［2］。

本文以泰州口岸船舶有限公司建造的38 500 t散货船上层建筑总段为分析对象，总质量为498.11 t（包含舾装），上层建筑重心见表1。

表1 总段重心表

该总段共五层甲板，自上而下分别为罗经甲板、驾驶甲板、C甲板、B甲板、A甲板（包含烟囱），结构全部采用船用低碳钢，根据总段重心位置布置吊码（具体位置见图1），共16个吊码。估算该布置下吊码受力为：驾驶甲板右舷受力为235 t，左舷受力为135 t，B甲板受力为128 t。

2 应用TSV-BLS验证设计方案

2.1 TSV-BLS软件简介

传统的船舶总段吊装工作，需要具有高度的专业技能［3］，但采用TSV-BLS软件系统后，便可以方便地按照船舶总段吊装计划三维模拟起重机吊装船体总段的过程。

2.2 操作过程

应用BLS软件中的接口，可将Tribon软件中的总段模型和材料属性导入BLS软件中，直接自动进行网格划分，根据图1吊码布置图中的位置布置吊码，设置吊排形式和起吊方式，通过软件中操控面板模拟吊装作业，动画演示吊装过程（见图2）。

图2 模拟总段起吊过程图

使用Dynamis求解器模拟计算吊装模型，完成求解后，进入后处理，可查看其应力、应变结果。

同时，在模拟总段的动态起吊过程中，观察缆绳在整个起吊过程中的受力大小，并查看缆绳是否与总段外形发生干涉（对于不规则的总段或需要翻身的总段有较高的实用价值），以上可作为起吊人员的操作指导，为安全吊装提供保障。

2.3 结果分析

根据38 500载重吨船舶上层建筑总段的吊装方案，重点分析了吊码布置位置、重要板架结构的变形和应力。表2为应用TSV-BLS软件计算结果，主要给出总段中各个板架的最大变形和最大应力，详见表2。

分析计算结果中的结构变形，可知最大变形为47 mm，出现在上层建筑总段A甲板左舷悬臂结构的自由端，见图3。

表2 总段吊装计算结果

图3 总段平吊结构变形云图

根据计算应力云图可知，结构的最大应力为167 MPa，出现在驾驶甲板设置辅钩位置下方的横梁与甲板纵桁连接处，见图4。

图4 总段平吊结构应力云图

2.3.1 结构强度安全评估

根据规定，为保证吊装作业的安全进行，选定安全系数应大于等于1.2，此处选取S = 1.3［4］。上层建筑结构采用A级钢，屈服应力为235 MPa，因此许用应力为180 MPa大于表2的最大应力167 MPa，满足安全吊装时的强度要求。

2.3.2 结构刚度安全评估

结构在吊装过程中会出现一定的变形，根据经验，结构在1 000 mm范围内出现1 ～ 3 mm的变形，认为整体吊装满足要求。由上表可知总段最大变形为47 mm，出现在A甲板左舷悬臂的自由端，其所在结构的尺寸为32 000 mm，变形比例为1.5/1 000，属弹性变形，满足安全吊装要求。

2.3.3 吊码安装部位的安全评估

由表2可知，设置吊码部位的应力水平较小，远低于许用应力235 MPa，因此不会产生过载或者局部应力集中现象；在B甲板及驾驶甲板布置吊码位置处的变形分别为0.3/1 000、0.56/1 000、0.37/1 000，均满足变形要求，由此可知吊码部位的强度和刚度均满足安全吊装要求。

综上所述，上层建筑总段的应力水平和变形均在规定的安全范围内，因此上层建筑总段在起吊过程中满足安全要求。

3 吊装分析

通过应用TSV-BLS软件分析38 500载重吨散货船上层建筑总段吊装强度，根据其计算结果和动态分析方法，可以看出在分析起吊过程中的应力、应变来确定所作加强的形式和位置，为后期的起吊过程提供数值依据。

4 结 论

综上所述，TSV-BLS软件在模拟总段吊装过程中的优势主要体现在：模型信息和材料属性等可直接由Tribon导入BLS，无需另外建模，大大节省了设计人员的时间［5］；可动态模拟总段起吊、翻身等吊装动作，随时查看吊缆的受力变化，仿真性更高；计算完成后，可根据结果直接进行优化处理，简单明了且易于操作。

上层建筑总段吊装是保证船舶建造周期的关键部分，借助TVS-BLS软件分析吊装过程，可知其起吊中吊缆和结构应力的变化，并进行优化设计，对于提高吊装安全和吊装工艺水平具有指导意义。

［1］汤红霞，王晓宇，刘见华，等.舰船结构极限强度计算及试验研究［J］.船舶，2014（3）：26-29.

［2］陈达胜，杨瀛.VLOC甲板舱口围总段总组及整体吊装工艺研究［J］.船舶，2014（6）：69-74.

［3］严峰.巨型总段吊装中的有限元方法应用［J］.船海工程，2013（6）：69-73.

［4］中国船舶工业总公司，CB/Z 230-2013.船舶上层建筑整体吊装技术要求［S］.2013.

［5］尚朝阳，黄健，郑向宇.总段吊装方式多元化的探讨［J］.船舶标准化工程师，2015（2）：30-32.

Analysis of virtual superstructure block hoisting based on TSV-BLS

WU Zhong ZHANG Kai
（Taizhou Kouan Shipbuilding Co.，Ltd.，Taizhou 225321，China）

Superstructure block hoisting is an important part in the process of ship building，which directly affects the construction period of the shipyard.Generally，the structural deformation and stress variation during the hoisting should be calculated to meet the requirements in order to ensure smooth lifting.Taking the superstructure of a 38 500 DWT Bulk Carrier for example，this paper simulates the dynamic hoisting process by using TSV-BLS software，and analyzes the structural strain and stress.The calculation results are used for optimization in order to improve the hoisting safety factor，ensuring the smooth block hoisting.

superstructure； block hoisting； TSV-BLS； dynamics analysis

U663.6

A

1001-9855（2016）05-0094-04

2016-05-01；

2016-06-30

吴 忠（1977-），男，工程师，研究方向：船体结构设计。张 开（1989-），男，硕士，助理工程师，研究方向：船体结构设计。

10.19423/j.cnki.31-1561/u.2016.05.094