船舶系缆力数值计算模型及缆绳配置研究

船舶台风天气带缆分析及系泊方式选择0 .引言船舶码头系泊的安全性一直是船厂比较关注的一个问题 , 一个有效系泊系统的使用 , 对船舶、码头和环境的安全是很重要的。

我公司龙穴厂区拥有2个 VLCC大坞及4 个超过 360 m 的停靠码头 , 由于地处台风带 , 经常受台风影响 , 故对于大型船舶的安全系泊尤为重要。

船舶系泊的出缆位置、方向、角度不同 , 其作用也不相同 , 但带缆的基本原则是要保证缆绳受力均匀 , 因此从理论上对缆绳受力进行分析 , 保证缆绳受力不超过许用值 , 对系泊的安全性是很有意义的。

由于风力及水流力的作用方向具有一定的随机性, 但是如果系泊设备的布置能承受最大的风力和水流力时, 则其储备强度将足够抵抗可能出现的其它较为缓和的力。

本文通过受力结果编制一个计算程序 , 方便船厂对不同船型及不同工况的系泊力进行计算 , 最后对不同的带缆方式进行比较 , 从而对带缆方式进行优化。

1.作用于船体上的外力船舶由于受风和水流等外力作用而产生6个自由度的运动, 即纵移、横移、升沉、纵摇、横摇和回转 [ 1 ] , 在船舶运动学理论中, 6个运动除具有独立的特性外 , 还具有一定的耦合。

由于耦合运动研究起来很困难 , 并且码头的系泊条件很复杂 , 难以用一般的理论进行研究和计算 , 为了船厂实际系泊应用 , 本论文对受力模型进行简化 , 仅研究船舶在水平面内的运动。

（1)作用于船舶上的风力。

式中, Fxw, Fyw分别为作用于船上的风力的横向和纵向分力 , kN; Axw , Ayw分别为船体水面以上横向和纵向受风面积, m2 ; V , V 分别为风速的横向分量和纵向分量, m / s; ξ为风压不均匀折减系数。

•作用于船舶上的水流力。

(1) ) 横向水流力。

式中, Cxf , Cxa分别为水流力艏横向分力系数和艉横向分力系数 ;A 为船舶吃水线以下的横向投影面积 , m2 ; ρ为水密度 , t/ m3 ; V 为水流速度 , m / s。

X X 货柜码头系泊力计算书一、计算说明：拟建XX国际货柜码头由于靠岸壁的水深不足，不能停靠大型的集装箱货船，要求XX国际货柜码头向外延伸4.2米,在原有的码头前沿增加6个浮动箱式护舷，间距为32米设一个，每个浮动箱式护舷长7.5米，宽3.4米，由6个浮箱箱体、护舷橡胶与系泊系统等组成的浮动钢质浮箱，作为码头的延伸部分，通过该设施可以满足停靠10万吨级集装箱船舶。

计算内容:1.钢质浮箱通过左右两根系缆绳固定，在台风时，按八级风计算，超过八级风时船舶离港，去锚地停泊，此时主要考虑浮箱本身的安全。

而船舶靠离岸的安全主已由专家负责论证。

因此，我们仅对浮箱在台风时无靠泊状态的最大受力进行计算与安全分析。

风与波浪计算要素取13级台风,设计最大风速取47.1m/s,设计最大波高为1.9m,设计最大周期为4.9秒. 2.在八级风及以下的情况下，箱体的结构应满足停靠10万吨级的集装箱，此时，我们对浮箱在平风时有靠泊状态的最大受力进行计算与安全分析。

风速按极端风速20.7m/s，设计最大波高为1.4m,设计最大周期为4.9秒. 3.在八级风及以下的情况下，箱体的护舷碰垫应满足停靠10万吨级的集装箱船时的挤靠力及对撞击力的吸能量的要求。

4. 由于低潮与高潮的潮位差较大，系缆绳的长度通过计算确定，既要有足够长度又不能碰到原码头护舷。

二、设计依据：根据XXXX航务工程勘察设计院《XX港货运码头改造工程方案设计》三、计算规范：1、2001年“钢质海船入级与建造规范”。

2、TJT 294-98 《斜坡码头及浮码头设计与施工规范》。

3、日本《JSDS造船舾装设计基准》。

4、JTJ 215-98 《港口工程荷载规范》。

四、设计条件：根据《XX港区泊位靠泊能力论证》1.大型集装箱船舶船型尺度表船型尺度表船舶吨级载箱数DWT(t)总长L 型宽B 型深H 满载吃水T (TEU)7000030040.324.3144601～600010000034742.824.414.56001～820020.7m/s 47.1m/s设计低水位：0.72m 。

28作者简介：孙小路（1989-），男，助理工程师。

主要从事船舶设计及修造船工法研究工作。

张启庚（1985-），男，助理工程师。

主要从事船舶设计及修造船工法研究工作。

收稿日期：2018-03-21海工辅助船码头带缆受力计算孙小路，张启庚，张大鹏（广新海事重工股份有限公司，中山 528437）摘 要：台风是威胁船舶系泊最为严重的灾难性天气之一,船舶为了避免或减少台风可能带来的危害,必须进行船舶系缆受力校核计算。

本文针对在风力和水流力作用下,对系泊船舶的横向受力进行分析计算，并考虑缆绳与合力方向夹角、缆桩允许的最大受力和缆绳所允许的最大受力因素进行综合分析，得出限制带缆系泊的关键因素。

关键词：带缆受力；校核计算；关键因素中图分类号：U674.40 文献标识码：ACable Force Calculation for Mooring of Offshore VesselSUN Xiaolu, ZHANG Qigeng, ZHANG Dapeng( Guangxin Shipbuilding ＆ Heavy Industry Co., Ltd. Zhongshan , 528437 )Abstract: Typhoon is one of the most serious and disastrous weather threatening ship mooring. For coastal ships, the mooring force checking calculation shall be made to avoid or reduce possible hazards, thus a set of practical calculation demonstrates is particularly important. In this paper , the lateral force of a moored ship is calculated under the force of wind and current force, and considering the angle between cable and direction of resultant force , the maximum force allowed by mooring bitts and the maximum force allowed by cable, the key factors limiting mooring with cable are obtained.Key words: Cable force; Checking calculation; Key factor1 引言船舶码头系泊的安全性一直是船厂关注的问题。

第20卷第9期装备环境工程2023年9月EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING·143·海工装备系泊缆索拉力监测技术与装置研究蒋镇涛，陈国材，孙梦丹，张涛，郑庆新，朱全华（中国船舶科学研究中心，江苏 无锡 214082）摘要：目的研究缆索拉力的实时监测技术和装置，以保障海工装备的系泊安全。

方法以导向滑轮的主承力构件滑轮轴为研究对象，在保证结构强度的前提下，对滑轮轴结构进行改造，研制缆索拉力监测新结构新装置，将求解大径长比滑轮轴剪力问题转化为测量局部特征点的单向变形，并通过实尺度试验得到标定系数，间接推算缆索拉力，将试验数据与有限元计算结果进行对比，验证监测方法的可行性和精确度。

结果经过仿真分析与试验标定表明，滑轮轴特征点的变形与缆索拉力之间存在线性关系，以缆索拉力280 kN为界，可分段线性拟合缆索拉力标定系数，测点1系数为0.312 4和0.137 6，测点2系数为0.269 9和0.098 2。

结论本文研究的监测技术和装置能够较为准确地监测海工装备系泊缆索的实时拉力，兼具高可靠性、低成本、易实施的特点。

关键词：海工装备；系泊；缆索拉力；监测；新结构；标定系数中图分类号：U667.4 文献标识码：A 文章编号：1672-9242(2023)09-0143-09DOI：10.7643/ issn.1672-9242.2023.09.016Monitoring Technology and Device of Marine Equipment Mooring Cable Tension JIANG Zhen-tao, CHEN Guo-cai, SUN Meng-dan, ZHANG Tao, ZHENG Qing-xin, ZHU Quan-hua(China Ship Scientific Research Center, Jiangsu Wuxi 214082, China)ABSTRACT: The main way of mooring marine equipment is that the mooring cable passes through the guide pulley to realize the connection between the cable winder on the ship and the bollard of the wharf. The work aims to study the real-time moni-toring technology and device of cable tension to ensure the mooring safety of marine equipment. With the pulley shaft, the main load-bearing member of the guide pulley, as the research object, the pulley shaft structure was reformed on the premise of en-suring the structural strength, and new structures and devices for monitoring the cable tension were developed. Solution to shear problem of the pulley shaft with large aspect ratio was transformed into measurement of the unidirectional deformation of local characteristic points, and the calibration coefficient was obtained through the full-scale test, and the cable tension was indirectly calculated. The feasibility and accuracy of the monitoring method were verified by comparing the test data with the finite ele-ment calculation results. Through simulation analysis and experimental calibration, it was shown that there was a linear rela-tionship between the deformation of the characteristic points of pulley shaft and the cable tension. The cable tension calibration coefficient could be fitted linearly in segments with the cable tension of 280 kN as the boundary. The coefficients of measuring point 1 were 0.312 4 and 0.137 6, and the coefficients of measuring point 2 are 0.269 9 and 0.098 2. The technology and device收稿日期：2023-06-16；修订日期：2023-09-04Received：2023-06-16；Revised：2023-09-04基金项目：国家重点研发计划（2021YFC2802300）Fund：National Key R&D Program of China (No.2021YFC2802300)引文格式：蒋镇涛, 陈国材, 孙梦丹, 等. 海工装备系泊缆索拉力监测技术与装置研究[J]. 装备环境工程, 2023, 20(9): 143-151.JIANG Zhen-tao, CHEN Guo-cai, SUN Meng-dan, et al. Monitoring Technology and Device of Marine Equipment Mooring Cable Tension[J]. Equipment Environmental Engineering, 2023, 20(9): 143-151.·144· 装 备 环 境 工 程 2023年9月established in this work can accurately monitor the real-time tension of mooring cables of marine equipment, and have the char-acteristics of high reliability, low cost and easy operation.KEY WORDS: marine equipment; mooring; cable tension; monitoring; new structure; calibration coefficient随着我国海工装备向大型化、智能化的方向发展，国家及行业对海工装备安全性、配套装备智能化水平更加重视。

钢丝缆绳拉力计算公式钢丝缆绳是一种常用的起重设备，它通常由多股钢丝绳组成，具有较高的拉力和承载能力。

在使用钢丝缆绳进行起重作业时，需要对其拉力进行计算，以确保设备的安全可靠性。

本文将介绍钢丝缆绳拉力的计算公式及其相关知识。

钢丝缆绳拉力计算公式。

钢丝缆绳的拉力计算公式可以通过以下公式进行计算：T = A x D x F。

其中，T为钢丝缆绳的拉力，单位为牛顿（N）；A为钢丝绳的截面积，单位为平方米（m²）；D为钢丝绳的直径，单位为米（m）；F为钢丝绳的拉力系数，无单位。

钢丝绳的截面积A可以通过以下公式计算：A = π x (D/2)²。

其中，π为圆周率，取3.14；D为钢丝绳的直径，单位为米（m）。

钢丝绳的拉力系数F是一个与钢丝绳材料、结构和使用条件相关的参数，通常由制造商提供。

在实际计算中，可以根据钢丝绳的使用条件和要求选择合适的拉力系数。

钢丝缆绳拉力计算公式的应用。

钢丝缆绳的拉力计算公式可以应用于多种情况下，包括起重作业、索道运输、海洋工程等领域。

在起重作业中，钢丝缆绳的拉力计算可以用于确定起重设备的承载能力，以确保作业的安全可靠性；在索道运输中，钢丝缆绳的拉力计算可以用于确定索道车辆的承载能力和运输效率；在海洋工程中，钢丝缆绳的拉力计算可以用于确定海洋平台和船舶的系泊和牵引能力。

在实际应用中，钢丝缆绳的拉力计算还需要考虑多种因素，包括环境温度、使用寿命、安全系数等，以确保计算结果的准确性和可靠性。

此外，钢丝缆绳的拉力计算还需要考虑钢丝绳的材料和结构特性，以选择合适的拉力系数，并进行合理的安全设计和使用。

钢丝缆绳拉力计算公式的优化。

钢丝缆绳的拉力计算公式可以根据实际情况进行优化，以提高计算的准确性和可靠性。

例如，在考虑钢丝绳的使用寿命和安全系数时，可以引入相应的修正系数；在考虑环境温度和使用条件时，可以引入相应的修正参数。

此外，钢丝缆绳的拉力计算还可以结合有限元分析和实验测试等方法，以验证计算结果的准确性和可靠性。

海洋平台系泊数值分析基本理论及计算方法'海洋平台系泊数值分析基本理论及计算方法通常认为，船舶码头系泊的主要因素可以看作以下几个部分：码头、护舷、系泊缆、系泊结构物（船舶或者平台）、载荷。

以上几个因素相互影响，相互作用，最终决定系泊的结果。

当前系泊状态主要受到风、浪、流三种载荷，按照静力计算方式或者采用公式可以对风、流载荷进行估算和确定，但是波浪力比较特殊，是其中唯一的动载荷，码头系泊的动态船舶运动特性可以看作波浪与结构物的相互作用。

波浪力在早期的研究中往往简化为平均波浪力或者等效波浪力，在考虑风载荷和流载荷的叠加后，大多采用静态、准静态方法进行实际的缆绳受力、护舷受力计算，并没有考虑到波浪的动态属性。

系泊缆绳的张力计算需要遵循一定的计算准则，在上个世纪80年代左右，chemjawski、Michaell就已经提出了一种解析方法来求解计算船舶系泊缆张力。

求解的方法有以下几个重要步骤：1）通过计算确定设定的方向船舶承受的风、流和等效静波浪力；2）计算求得由船舶横摇、纵摇、垂荡运动引发的垂直方向静回复力；3）用系泊揽本身属性如长度、横截面积、方向角度、弹性模量（非线性）等属性作为基础计算求出系泊缆绳的刚度矩阵；4）最后一步，求出整个系泊系统的总的刚度矩阵，采取提高载荷大小的方式进行迭代计算从而求得每个缆绳的张力值。

2 三维势流理论在早期的码头系泊计算时往往采用静力或者准静力的计算方法，后来理论，计算方式大多采用频域或者时域分析方法。

静力或准静力分析方法仅适用与水域状况较好、系泊船舶等运动不大的情况，由此得出系泊缆绳、护舷受力和系泊物体的运动。

时域方法结合三维势流理论、脉冲响应原理、缆绳护舷的非线性很好的解决了各种情况下系泊物体的码头系泊问题。

为了适应实际工程问题，三维势流理论针对流体的性质进行了相应的简化，假设流体为无粘性、无旋、均匀的且不可压缩的理想流体。

之所以这样简化是因为：l）波浪的波幅和系泊浮体相比量级很小，绕射作用明显大于粘性影响，所以忽略粘性；2）对于理想流体而言，初始运动无旋，之后任意时刻运动均无旋，无旋假定合理；3）流体本身的密度几乎不发生变化，水密度假设为均匀和不可压缩也是合理的。

不同侧支孔布置形式下的船舶系缆力数值模拟王蛟;杨斌;陈明【摘要】对于闸底长廊道侧支孔输水系统的水动力学研究,目前主要采用物理模型试验和现场原型观测方法,均需消耗大量的人力和物力;采用方便快捷且不受试验条件及尺度效应影响的数值计算方法的研究成果相对较少.通过闸室船舶系缆力数值模拟对不同侧支孔布置形式下输水系统水动力学特性进行系统性研究,总结分析其布置原则,可为船闸闸底长廊道侧支孔输水系统的设计和优化提供理论依据,并为类似工程提供借鉴,具有较重要的学术价值和实际意义.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2016(000)004【总页数】6页(P94-99)【关键词】物理模型试验;数值模拟;系缆力;布置原则【作者】王蛟;杨斌;陈明【作者单位】南京水利科学研究院,江苏南京210029;重庆交通大学河海学院,重庆400074;重庆交通大学河海学院,重庆400074【正文语种】中文【中图分类】TV662船闸灌泄水过程中最重要的组成部分是输水系统，一般包括进水口、输水廊道及(闸)阀门、出水口和消能设施等。

输水系统的布置与设计需满足两大条件：一是控制输水时间，以满足船闸的通过能力和营运效益要求；二是合适的水流条件，保证船舶在闸室及引航道内停泊和航行安全[1]。

可见，要保证船闸高效和安全运行，就必须解决好输水系统的消能问题[2]。

目前，针对闸底长廊道侧支孔输水系统闸室船舶系缆力在不同侧支孔布置形式下系统性研究的相关成果不多，尤其是便捷省时、节省成本的数值模拟成果甚少[3-4]，而闸室船舶系缆力能客观地反映不同侧支孔布置形式的优劣及闸室水流的分布情况。

因此，通过闸室船舶系缆力数值模拟方法系统研究不同侧支孔布置形式下输水系统水动力学特性是一个急需填补又意义重大的课题，对于船闸闸底长廊道侧支孔输水系统的设计和建设具有实际意义。

本文基于典型闸底长廊道分散式输水系统，选择代表船型，建立“船舶-水流”耦合动力响应的三维数学模型，采用三维紊流模拟方法、动网格技术以及闸室船舶系缆力并行计算程序，借助fluent软件对不同侧支孔布置形式下的闸室船舶系缆力进行数值模拟计算，取得了一定的研究成果，可供类似工程借鉴。

船闸输水过程闸室船舶系缆力数值模拟陈明;梁应辰;宣国祥;陈明栋【期刊名称】《船舶力学》【年(卷),期】2015(000)001【摘要】文章基于“船舶—水流”耦合动力响应，建立了船闸闸室船舶纵向和横向受力方程及其运动控制方程。

利用 FLUENT 软件，采用 RNG k-ε三维紊流模型，运用 VOF 法捕捉自由液面，阀门的开启过程及船舶运动利用动网格技术，船舶的运动控制及系缆力的并行计算程序采用用户自定义函数（UDF）进行编写。

针对带格栅消能室的船闸集中输水系统，进行了灌水过程的闸室船舶系缆力数值模拟研究，通过与模型试验系缆力过程线的比较，证明了数值方法的正确性和有效性。

数值研究了消能室内有无设置辅助消能工情形下的闸室船舶系缆力，并分析了辅助消能工的功能和效果。

【总页数】8页(P78-85)【作者】陈明;梁应辰;宣国祥;陈明栋【作者单位】重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心，重庆 400074;中华人民共和国交通运输部，北京 100736;南京水利科学研究院，南京 210029;重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心，重庆 400074【正文语种】中文【中图分类】U641.1【相关文献】1.船闸闸墙长廊道输水系统闸室三维流场数值模拟研究 [J], 彭永勤;彭涛2.船舶进出闸室对系缆力的影响 [J], 黄岳;宣国祥;徐进超;张陆陈;金英3.闸室船舶系缆力研究综述 [J], 王蛟;杨斌4.三峡船闸等惯性输水系统船队（舶）系缆力的探讨 [J], 郑宝友;周华兴5.基于实船试验的三峡船闸船舶过闸系缆力影响因素 [J], 张晨;王丽铮;张伟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

船舶操纵模拟器中的系缆张力模型
孙霄峰;尹勇;张秀凤
【期刊名称】《中国航海》
【年(卷),期】2007(000)003
【摘 要】建立了可适用于6个自由度船舶操纵运动数学模型的系缆张力计算模型.
系缆的应变满足虎克定律,利用悬链线方程和虎克定律推导出的系缆无应力长度的
计算公式,根据计算出的系缆无应力长度和系缆的实际长度的对应关系,用试算法计
算系缆张力;否则,忽略系缆的自重,通过由系缆的应变曲线图拟合的多项式来计算系
缆张力,并分别计算了系缆的水平张力和竖直张力.进行了系缆破断强度的计算,并对
系缆张力是否超出安全负荷以及系缆是否破断进行了判断.计算实例验证了模型的
正确性和实用性.

【总页数】4页(P1-4)
【作 者】孙霄峰;尹勇;张秀凤
【作者单位】大连海事大学,辽宁,大连,116026;大连海事大学,辽宁,大连,116026;大
连海事大学,辽宁,大连,116026

【正文语种】中 文
【中图分类】U661.33
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