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1、10申请公布号CN102033997A43申请公布日20110427CN102033997ACN102033997A21申请号201010580782222申请日20101209G06F17/5020060171申请人上海海事大学地址201036上海市浦东新区浦东大道1550号72发明人周伟肖英杰吴善刚张浩孟玲马泽武74专利代理机构上海天翔知识产权代理有限公司31224代理人刘粉宝54发明名称一种集装箱坠海事故再现方法57摘要本发明公开了一种集装箱坠海事故再现方法，其通过横摇角的不断变化来模拟集装箱船舶在大风浪时的摇摆过程，横摇角每变化一次，就对集装箱系固系统进行一次受力分析，并把受力数据在事。
2、故再现系统中显示出来，再对受力进行校核，如果超出强度，则改变相应集装箱的颜色，表示该集装箱坠海。通过该方法形象再现集装箱坠海的过程。根据再现模拟，可以十分方便地找到事故发生的原因，为事故责任的划分提供依据。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书6页附图4页CN102034000A1/1页21一种集装箱坠海事故再现方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤（1）通过横摇角的不断变化来模拟集装箱船舶在大风浪时的摇摆过程；（2）横摇角每变化一次，就对集装箱系固系统进行一次受力分析，并把受力数据在事故再现系统中显示出来；（3）对集装箱系固系统的强度校核，如果超出。
3、强度，标出相应集装箱，以表示该集装箱坠海。2根据权利要求1所述的一种集装箱坠海事故再现方法，其特征在于，所述步骤（2）中进行受力分析包括如下步骤（21）计算风力横向分力；（22）计算船舶运动横向分力；（23）将风力横向分力和船舶运动横向分力进行分配与合成，获得集装箱的受力。3根据权利要求2所述的一种集装箱坠海事故再现方法，其特征在于，所述步骤（21）通过如下公式计算（1）式中A为受风压作用的集装箱侧面积，；Q为风压，KPA。4根据权利要求2所述的一种集装箱坠海事故再现方法，其特征在于，所述步骤（22）通过如下公式计算（2）式中为第I层的集装箱的总重量，T；L为船舶两柱间长，M；为船舶横摇倾角；。
4、为第I层集装箱重心到船舶横摇中心的垂直距离，M；B为船舶型宽，M；GZ为复原力臂，M。5根据权利要求1所述的一种集装箱坠海事故再现方法，其特征在于，所述步骤（3）中强度校核核包括如下步骤（31）柔度计算；（32）根据组合柔度和各分支柔度，得出横向分力的传递与分配规律；（33）绑扎杆和扭锁的受力计算及其强度校核；（34）重力修正；（35）重力、绑扎杆力矩计算；（36）钮锁拉切应力校核。权利要求书CN102033997ACN102034000A1/6页3一种集装箱坠海事故再现方法技术领域0001本发明涉及一种软件模拟技术，具体涉及一种集装箱坠海事故原因技术分析技术。背景技术0002随着国际航运的发。
5、展，集装箱运量不断加大，集装箱掉海事故相应增多。据统计，其中集装箱损坏、水湿和坠海占了英国船东互保协会所有保险索赔额的60以上。保守估计，每年有超过2000个集装箱在海上运输过程中从船上掉进大海。集装箱坠海事故往往牵涉船方、保险公司、货主等多方利益，且涉案金额巨大。因此需要对集装箱坠海事故原因进行技术分析，为案件的审判提供依据。0003目前，集装箱坠海事故原因的技术鉴定方法主要依据船舶的货物系固手册、船舶稳性报告书等资料，采用钢质海船入级与建造规范的集装箱系固系统受力分析方法，对集装箱的系固系统是否满足规范进行检验，从规范的角度对集装箱坠海事故原因进行技术分析。0004上述现有方法主要存在以下。
6、问题（1）适合于正常海况的集装箱系固系统进行规范性检验，对于大风浪情况下，则无法对其进行检验。而集装箱坠海事故往往在大风浪的情况发生，此种方法却无法对其进行技术分析。0005（2）集装箱系固系统的技术分析的计算量很大，以往的方法只能对特定位置进行检验，难以全面分析集装箱系固系统的问题，因此就难以对集装箱系固系统是否满足规范作出客观准确的判定。0006（2）这种方法不直观，分析往往以公式计算的形式呈现，对专业知识要求较高，不易被法官接受。发明内容0007本发明针对现有集装箱坠海事故原因分析技术所存在的缺陷，而提供一种集装箱坠海事故再现方法，其通过事故再现的方法对集装箱坠海事故原因进行分析，为案件。
7、的审判提供有力的技术支持。0008为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案一种集装箱坠海事故再现方法，该方法包括如下步骤（1）通过横摇角的不断变化来模拟集装箱船舶在大风浪时的摇摆过程；（2）横摇角每变化一次，就对集装箱系固系统进行一次受力分析，并把受力数据在事故再现系统中显示出来；（3）对集装箱系固系统的强度校核，如果超出强度，标出相应集装箱，以表示该集装箱坠海。0009本发明的优选实例中，所述步骤（2）中进行受力分析包括如下步骤说明书CN102033997ACN102034000A2/6页4（21）计算风力横向分力；（22）计算船舶运动横向分力；（23）将风力横向分力和船舶运动横向分力进行。
8、分配与合成，获得集装箱的受力。0010进一步的，所述步骤（21）通过如下公式计算（1）式中A为受风压作用的集装箱侧面积，；Q为风压，KPA。0011进一步的，所述步骤（22）通过如下公式计算（2）式中为第I层的集装箱的总重量，T；L为船舶两柱间长，M；为船舶横摇倾角；为第I层集装箱重心到船舶横摇中心的垂直距离，M；B为船舶型宽，M；GZ为复原力臂，M。0012在本发明的优先实例中，所述步骤（3）中强度校核核包括如下步骤（31）柔度计算；（32）根据组合柔度和各分支柔度，得出横向分力的传递与分配规律；（33）绑扎杆和扭锁的受力计算及其强度校核；（34）重力修正；（35）重力、绑扎杆力矩计算；（3。
9、6）钮锁拉切应力校核。0013基于上述方案，本发明形象再现集装箱坠海的过程。根据再现模拟，可以十分方便地找到事故发生的原因，为事故责任的划分提供依据。0014本发明再现集装箱坠海事故时，形成相应的计算模型对系固系统进行受力分析和强度校核。在该方面，其具有以下优点1）对规范现有的受力模型进行修正，使得其能够适应大倾角、大风浪时的情况。00152）在对受力进行强度校核时，不仅考虑力沿系固系统向上传递，还考虑受力沿系固系统向上传递的情况，考虑更加全面，与实际情况更加相符合。00163）计算模型主要采用递推公式的形式，便于计算机实现，开发事故再现系统。附图说明0017以下结合附图和具体实施方式来进一步。
10、说明本发明。0018图1为本发明的原理图。0019图2为舱面集装箱横向受力分析图。0020图3为特定海况下临界状态时BAY06断面的程序仿真图。0021图4为特定海况下临界状态时BAY06断面的集装箱受力图。0022图5为特定海况下临界状态时BAY06断面的绑扎杆受力图。0023图6为特定海况下BAY06断面的发生断裂的绑扎杆随横摇倾角变化的受力图。0024图7为特定海况下横摇角度40度时BAY06断面的程序界面图。说明书CN102033997ACN102034000A3/6页5具体实施方式0025为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本。
11、发明。0026本发明通过横摇角的不断变化来模拟集装箱船舶在大风浪时的摇摆过程，横摇角每变化一次，就对集装箱系固系统进行一次受力分析，并把受力数据在事故再现系统中显示出来，再对受力进行校核，如果超出强度，则改变相应集装箱的颜色，表示该集装箱坠海。通过该方法形象再现集装箱坠海的过程。根据再现模拟，可以十分方便地找到事故发生的原因，为事故责任的划分提供依据。0027基于上述原理，本发明形成相应的计算模型，其具体实现如下（如图1所示）（1）相应数据的预先输入该步骤中输入的数据包括相应船舶的参数，并调入相应的数据生成横断面图。0028（2）获得摇摆角数据，调整船舶姿态，来模拟集装箱船舶在大风浪时的摇摆过。
12、程。0029（3）集装箱系固系统的受力分析。0030舱面集装箱在船舶运动过程中，受到的力包括风力、波溅力和船舶运动产生的惯性力。CCS规范未对波溅力进行讨论，又因舱面集装箱倾覆的主要原因是横向分力引起，所以本发明主要对风力和船舶运动横向分力进行讨论。0031风力横向分力（1）式中A为受风压作用的集装箱侧面积，；Q为风压，KPA。0032因为本发明涉及大风浪、大横摇倾角等特殊海况，所以本发明利用船舶的稳性横交曲线对规范中的船舶运动横向分力的公式进行修改，以便适应船舶大倾角横倾的情况。0033船舶运动横向分力（2）上式中为第I层的集装箱的总重量，T；L为船舶两柱间长，M；为船舶横摇倾角，；为第I层。
13、集装箱重心到船舶横摇中心的垂直距离，M；B为船舶型宽，M；GZ为复原力臂，M查船舶的稳性横交曲线可得。0034按上述方法计算风力横向分力和船舶运动横向分力再通过分配与合成，获得集装箱的受力，具体方法如下参见图2，该图表示一列舱面集装箱，左侧受风，其横向受力进行分配与合成得到的受力，图中、分别为第I层集装箱的每个端面上所受风力和传递的横向力，为第I层集装箱所受横向扭变力。其相应的计算公式为现有技术，此处不加以赘述。0035（4）集装箱系固系统的强度校核（41）柔度计算由于绑扎杆的存在，绑扎杆将参与舱面集装箱系固系统的整体扭变和受力分配，因此解决绑扎杆的受力是解决问题的关键。又因舱面集装箱系固系统。
14、是柔性系固系统，而柔性系固系统中的各部分的受力均与其应变有关，应变的计算又必须以柔度为基础。说明书CN102033997ACN102034000A4/6页60036柔度倾角（3）绑扎杆水平柔度（4）以上各式中为第I层集装箱的宽度，M；为第I层集装箱的高度，M；E为弹性性模量，；A为绑扎杆截面积，。0037（42）横向分力的传递与分配横向分力沿绑扎杆向上下两个方向由刚性船体传递。考虑绑扎杆和集装箱的串并联关系，算出相应的组合柔度，根据组合柔度和各分支柔度，即可得出横向分力的传递与分配规律。0038横向分力向下传递时的组合柔度的递推公式当I1时，（5）当时，（6）以上各式中为第I层集装箱的柔度，。。
15、M为有绑扎杆的最高层位，N表示集装箱的最高层位。0039横向分力向上传递时的组合柔度的递推公式当I1时，（7）当时，（8）横向分力的向下传递时作用到绑扎杆水平方向上的力的递推公式当IM时，（9）当IM时，（10）横向分力的向上传递时作用到绑扎杆水平方向上的力的递推公式当I1时，（11）当时，（12）（43）绑扎杆和扭锁的受力及其强度校核绑扎杆水平分力的递推公式当I1时，（13）当时，（14）说明书CN102033997ACN102034000A5/6页7绑扎杆受力公式（15）绑扎杆强度校核（16）式中为绑扎杆破断力值，KN。实际工作中也可采用MSL值，但为了验证绑扎杆是否会发生断裂，故采用破断。
16、力值。0040（44）重力修正17式中A为垂向加速度，其计算详见钢质海船入级与建造规范2009第2篇第7章246页。（45）横向分力的力矩18重力的力矩（19）绑扎杆的力矩（20）（46）集装箱在重力、绑扎杆、横向分力等的作用下达到力矩平衡，根据力矩平衡的原理，可得扭锁拉应力公式当时，（21）当时，（22）根据受力平衡原理，可得扭锁切应力公式当I1时，（23）当时，（24）当时，（25）扭锁拉应力的强度校核（26）扭锁切应力的强度校核（27）以上各式中BL为扭锁拉应力的破断值，KN；TBL为扭锁切应力的破断值。0041（5）根据强度校核的结果，判断系固系统是否超出强度。0042（6）如果超出强。
17、度，改变相应集装箱和绑扎杆的颜色，以表示该集装箱坠海。0043（7）运行模式控制，通过手动或横摇角的自动迭代完成集装箱船舶在大风浪时的摇摆过程的模拟。说明书CN102033997ACN102034000A6/6页80044（8）将模拟生成的数据存入数据库中，便于查询使用。0045基于上述技术方案，本发明的具体应用实例如下该实例利用根据上述技术方案形成相应的模拟系统，并将其应用到某轮集装箱掉海事故中，再现了集装箱坠海事故的过程，并对事故原因进行分析，为该案件的处理提供了依据。0046参见图3，输入相应数据，运行该系统即可完成各种分析。该系统形象的模拟出船舶横摇倾斜状态，并且模拟出船舶的各集装箱的。
18、系固状态。其中各集装箱上的数字表示该集装箱所受的力（KN），通过改变相应集装箱的颜色，表示某一集装箱开始坠海。0047以下是对该轮发生事故的集装箱横断面BAY06的再现分析。0048调用实验生成的数据，即可作出一系列受力分析图表，进而对事故进行更加深入的量化分析。图4图6分别是船舶在特定海况下临界状态（横摇角度36度）时集装箱、绑扎杆（集装箱系固系统的重要设备）、以及发生断裂的绑扎杆的受力图。0049按照同样的方法，做某轮的极限横摇倾角（40度）时的实验（如图7所示）。0050实验分析BAY06的临界角度为36，当横摇倾角达到36时，00列的短绑扎杆的受力超出绑扎杆破断力强度值发生断裂，导致0。
19、0列的84、86和88集装箱掉海。随着横摇倾角的不断增加，绑扎杆断裂数目不断增加。当横摇倾角达到40时，00、02和03列的短绑扎杆发生断裂，03列82集装箱底部左侧的扭锁发生断裂，导致它们上面的集装箱首先掉落。这些掉落的集装箱压到旁边的集装箱，将使新的绑扎杆或扭锁断裂，进而导致更多的集装箱掉落，最终导致集装箱大面积的掉入海中。0051实验结论根据涉案航次集装箱实际堆码重量分布和固定细故设备及所选用的移动式系固设备的各项参数，经实验分析，在船舶横摇角不超过30（规范规定的最大横摇角）的前提下，BAY06所有系固件的受力均不超过其强度允许的极限值。就防止舱面上集装箱的位移和倾覆这一目标而言，这2。
20、个行位集装箱的系固是有效的。0052当船舶横摇角超过30时，由于横向惯性力的急剧增大，BAY06若干绑扎杆受力超过其强度允许的极限值，绑扎杆破断后，将导致整个行位的绑扎崩溃，造成舱面集装箱大范围落海。因此，该轮的系固系统符合规范要求，是遭遇不可抗力（大风浪）导致集装箱坠海。0053以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。说明书CN102033997ACN102034000A1/4页9图1说明书附图CN102033997ACN102034000A2/4页10图2图3说明书附图CN102033997ACN102034000A3/4页11图4图5说明书附图CN102033997ACN102034000A4/4页12图6图7说明书附图CN102033997A。