滚装船上车辆绑扎系固动态模拟的数学模型
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摘要
滚装船上车辆的绑扎系固问题是滚装船舶运输生产安全性的重要方面，也是长期以来IMO和所有滚装运输大国讨论和致力解决的重要技术问题。随着近年来我国滚装运输行业的迅猛发展，滚装船上车辆绑扎系固的问题日益成为我国渤海海峡和琼洲海峡滚装船航线上影响人民生命财产安全的重要因素。建立针对滚装船上车辆绑扎系固问题的技术标准和法律规范已经非常迫切，而我国海事当局解决这一问题则必须建立在对于船载车辆绑扎系固问题的正确的定量分析和全面的技术研究的基础上。
本文在介绍了滚装船舶及国内外滚装运输的基本情况和IMO对滚装船舶安全性的规定的基础上，提出并讨论了从定量角度研究长期以来影响滚装运输的重要技术问题——滚装船上车辆绑扎系固问题——的必要性和迫切性。通过比较国外同类问题的研究方法，针对我国现有滚装航线上实际运输生产中的车辆绑扎系固的状况，作者采用了建立滚装船上车辆绑扎系固力学和数学模型，并结合专门的计算机计算程序计算和模拟结果的方法，对滚装船上车辆绑扎系固的绑索的受力情况进行了全面的定量分析和计算。模型中所研究的滚装船舶和船载车辆是在渤海海峡滚装船运输生产中最为常见的类型；整个模型是建立在理论力学、高等数学、空间解析几何的基本理论和船舶原理、船舶耐波性的专业理论基础上的。计算程序则是采用了英国牛津大学S．Turnbull博士提供的计算研究半拖车在船上的运动状态的程序框架。
对于模型的计算结果，文中也给出了详细的分析和讨论。在模拟结果的应用部分，作者结合我国滚装船舶海难事故的实际例子，说明了本文所建立的模型的使用方法和对现实生产的指导意义，并且根据模拟结果，结合我国滚装运输的实际情况对我国海事当局今后设立滚装船上车辆绑扎系固技术标准应考虑的问题提出了建议。
The shifting of cargo on board Ro-Ro ships has been identified as a contributory factor for the significant number of Ro-Ro ships casualties, worldwide, over the last decade. It is the focus of the discussion of IMO and most Ro-Ro flag states when they investigated all means to enhance the safety of Ro-Ro ferries. With the recent rapid development of the Ro-Ro shipping in China, it is urgent for Chinese maritime authority to develop the code of practice for the stowage and securing of vehicles on Ro-Ro ships. And doubtlessly, the key to this problem is the quantitative analysis of the cargo operation on Ro-Ro ships.
The thesis, which is divided into six parts, reviews the history of the Ro-Ro ship and the stipulations of IMO concerning the securing of cargo on Ro-Ro ships. The urgency for China to develop the technology standard for the vehicle securing on Ro-Ro ships is provided and reason is discussed. The conditions of the lashing system on board Chinese Ro-Ro ships are investigated and the western research results of the same problem are introduced and compared. In Chapter 3, mechanical and mathematical models for the estimation of the loads in the lashing systems of road vehicles on board Ro-Ro ships are developed. The result is calculated and simulated by the computer program which was provided by Professor S. Turnbull from Oxford University, Britain. The models of Ro-Ro ship and vehicle on board come from the most common types on the seaway in Bohai Strait. The construction of the models has been based on such theories as Theoretical Mechanics, Advanced Mathematics, Space Analytic Geometry, the Theory of Ship and Sea-keeping Theory.
In the last part of the thesis, the discussion are fully developed for the result of the
simulation and the application of the model is demonstrated by using 'the chart of stowage and securing of vehicle on board Ro-Ro ships' to predict the cargo shifting of DASHUN, a severe casualty which happened in Bohai Strait in Nov. 24, 1999, causing more than 240 lives loss. At the end of the thesis, the suggestion is provided for the authority's consideration.
本文在介绍了滚装船舶及国内外滚装运输的基本情况和IMO对滚装船舶安全性的规定的基础上，提出并讨论了从定量角度研究长期以来影响滚装运输的重要技术问题——滚装船上车辆绑扎系固问题——的必要性和迫切性。通过比较国外同类问题的研究方法，针对我国现有滚装航线上实际运输生产中的车辆绑扎系固的状况，作者采用了建立滚装船上车辆绑扎系固力学和数学模型，并结合专门的计算机计算程序计算和模拟结果的方法，对滚装船上车辆绑扎系固的绑索的受力情况进行了全面的定量分析和计算。模型中所研究的滚装船舶和船载车辆是在渤海海峡滚装船运输生产中最为常见的类型；整个模型是建立在理论力学、高等数学、空间解析几何的基本理论和船舶原理、船舶耐波性的专业理论基础上的。计算程序则是采用了英国牛津大学S．Turnbull博士提供的计算研究半拖车在船上的运动状态的程序框架。
对于模型的计算结果，文中也给出了详细的分析和讨论。在模拟结果的应用部分，作者结合我国滚装船舶海难事故的实际例子，说明了本文所建立的模型的使用方法和对现实生产的指导意义，并且根据模拟结果，结合我国滚装运输的实际情况对我国海事当局今后设立滚装船上车辆绑扎系固技术标准应考虑的问题提出了建议。
The shifting of cargo on board Ro-Ro ships has been identified as a contributory factor for the significant number of Ro-Ro ships casualties, worldwide, over the last decade. It is the focus of the discussion of IMO and most Ro-Ro flag states when they investigated all means to enhance the safety of Ro-Ro ferries. With the recent rapid development of the Ro-Ro shipping in China, it is urgent for Chinese maritime authority to develop the code of practice for the stowage and securing of vehicles on Ro-Ro ships. And doubtlessly, the key to this problem is the quantitative analysis of the cargo operation on Ro-Ro ships.
The thesis, which is divided into six parts, reviews the history of the Ro-Ro ship and the stipulations of IMO concerning the securing of cargo on Ro-Ro ships. The urgency for China to develop the technology standard for the vehicle securing on Ro-Ro ships is provided and reason is discussed. The conditions of the lashing system on board Chinese Ro-Ro ships are investigated and the western research results of the same problem are introduced and compared. In Chapter 3, mechanical and mathematical models for the estimation of the loads in the lashing systems of road vehicles on board Ro-Ro ships are developed. The result is calculated and simulated by the computer program which was provided by Professor S. Turnbull from Oxford University, Britain. The models of Ro-Ro ship and vehicle on board come from the most common types on the seaway in Bohai Strait. The construction of the models has been based on such theories as Theoretical Mechanics, Advanced Mathematics, Space Analytic Geometry, the Theory of Ship and Sea-keeping Theory.
In the last part of the thesis, the discussion are fully developed for the result of the
simulation and the application of the model is demonstrated by using 'the chart of stowage and securing of vehicle on board Ro-Ro ships' to predict the cargo shifting of DASHUN, a severe casualty which happened in Bohai Strait in Nov. 24, 1999, causing more than 240 lives loss. At the end of the thesis, the suggestion is provided for the authority's consideration.
引文
[1]陈桂卿 李志平，《船舶货运》，第一版，1991年，大连海运学院，159
[2]蒋维清，《船舶原理》，第一版，1992年，人民交通出版社，255，258，264
[3]盛振邦 杨尚荣 陈雪深，《船舶静力学》，第一版，1993年，上海交通大学出版社
[4]胡守信，《理论力学》，第一版，1986年，高等教育出版社，52—56
[5]陶沙 丁兆洪，《工程力学》，1992年，大连海运学院，41
[6]张三慧 王虎珠，《大学物理．力学》，第一版，1994年，清华大学出版社，93-95
[7]同济大学数学教研室，《高等数学》，第三版，1988年，高等教育出版社
[8]LLOYD, C J, BMT: 'Overview Study', International Symposium on the Safety of Ro-Ro Passenger Ships, RINA April 1990
[9]IMO file, 'IMO and Ro-Ro Safety', 'Focus on IMO', January 1997, 1/3
[10]'Improved Safety Concept for Ro-Ro/Passenger Vessels', 'Gard News 142 July, 1996
[11]Norman Hooke, 'Maritime Casualties, 1963-1996', Second Edition, Whitehall Technical Press Ltd.,737-738
[12]洪碧光，夏国忠，《滚装客船的安全性改进》，《大连海事大学校庆暨中国航海教育90周年论文集》，第一版，1999年，大连海事大学出版社，99
[13]沈华，张宁，郑云峰，《提高滚装客船的残存能力和救生能力——关于 SOLAS95修正案》，《航海技术学会会议论文集》，第一版，2000年，大连海事大学出版社，138
[14]T. Allan, 'The 1995 SOLAS Diplomatic Conference on Ro-Ro Passenger Farries', 'Transaction of the RINA' (1997)
[15]The Safety of Ro-Ro Passenger Vessels-Reporting of the Northwest European Research & Development Project-RINA 7 June, 1996
[16]Werner Hummel, 'ESTONIA:The German Point of View', 'The Naval Architect', January 1999,25
[17]中华人民共和国交通部海事局，《‘盛鲁’轮火灾沉没事故初步调查报告》，1999年
[18]中华人民共和国交通部海事局，《‘大舜’轮特大海上交通事故初步调查报告》，1999年
[19]林拓 张捷，《琼州海峡几起客滚船倾覆事故的原因分析》，《航海技术》，2001年第1期
[20]国务院11．24特大海难事故调查组，《11．24特大海难事故调查报告》
[21]邱国雄，《浅谈客滚船船长对船舶的安全管理》，《中国海事》，2000年第4期，23
[22]何伟明，《琼州海峡客滚船安全管理的现状与对策》，《中国海事》，2000年第4期，28
[23]王全作，《滚装客船的积载、系固及其管理》，《航海技术》，2000年第1期，22
[24]《中国海事局对客滚船安全提出具体要求》，《中国海事》，2000年第2期，17
[25]《1974年国际海上人命安全公约》1995年11月修正案，《国际海事条约汇编》，VOL 8，1998年，大连海事大学出版社，
[26]《关于滚装船舶在运输道路车辆时紧固安排的导则》，《国际海事组织第14届大会决议和其它决定》，1992年，交通部外事司
[27]《货物积载与系固安全操作规则(CSS规则)修正案》，1994年，IMO海事安全委员会第664号通函(MSC./Circ.664)
[28]'Code of Safe Practice for Cargo Stowage and Securing', IMO 17th Assembly Resolution, 1991
[29]S. R. Turnbull and D. Dawson, 'The Securing of Rigid Semi-trailers on Ro/Ro Ships', Int. J. Mech. Sci. Vol. 39, No.1 pp.1-14 (1997)
[30]P. Andersson et al, 'Securing of Road Trailers on Board Ro/Ro Ships', 'Mariterm AB', IMO Conference, London, February (1984)
[31]'HMSO, Roll-on/Roll-off Ships-Stowage and Securing of Vehicles-Code of Practice', (ISBN 0-11550995-X)HMSO, London (1991)
[32]S. R. Turnbull and D. Dawson, 'The Danamic Behaviour of Ro/Ro Trailers on Board Ship', Proc. B.S.S.M. Conference, Lancaster, September (1984)
[33]李积德，《船舶耐波性》，第一版，1992年，哈尔滨船舶工程学院出版社
[34]陶尧森，《船舶耐波性》，第一版，1982年，上海交通大学出版社
[35]冯铁城等，《船舶操纵与摇荡》，第一版，1989年，国防工业出版社
[36]马涅采夫，《船舶不沉性理论》，第一版，1977年，国防工业出版社
[37]彭英声，《船舶耐波性基础》，第一版，1989年，国防工业出版社
[38]盛振邦等，《船舶横浪倾覆试验及其数值模拟》，《中国造船》，1997(3)
[39]徐德春，《船舶横浪倾覆机理的新见解》，《中国造船》，1997(3)
[40]杨宝璋，石爱国，周立鑫，《某客滚船倾覆事件中的稳性问题》，《航海技术学会会议论文集》，第一版，2000年，大连海事大学出版社
[41]姜华，田佰军，《‘大舜’号翻沉事故的稳性分析》，《航海技术学会会议论文集》，第一版，2000年，大连海事大学出版社
[42]姜正根，《汽车概论》，第一版，1987年，北京理工大学出版社，156-157，164-166
[43]《国产车技术性能手册》，第一版，1992年，人民交通出版社，170
[44]余志生，《汽车理论》，第一版，1994年，机械工业出版社，207-208
[45]《东风汽车实用指南》，第一版，1993年，人民交通出版社，28
[46]谭浩强，田淑清，《FORTRAN语言——FORTRAN77结构化程序设计》，第一版，1990年，清华大学出版社，188
[47]徐士良，《FORTRAN常用算法程序集》，第二版，1997年，清华大学出版社，283
[48]S. R. Tumbull and D. Dawson, 'The Securing of Road Trailers on Bard Ro/Ro Ships', 'Transaction of the RINA', Ptl, Vol. 137, pp37-51, (1995)
[49]P. Andersson et al, 'Safe Stowage and Securing of Cargo on Board Ships', Research Report, Mariterm AB, Gothenburg, Sweden, 1982
[50]C. Murer, 'Safety of Ro-Ro Ships-A Discussion of Possible Measures and Actions', Det Norske Veritas No.81, pp103
[51]S. R. Tumbull and D. Dawson, 'Investigation into the Securing of Cargo with Special Reference to Roll-on/Roll-off Ships', IMO Conference, London, February, 1984
[52]Dickie & Scott, 'Lifting Tackle Manual', Butterworths, 1981
[53]L. Fox, 'Numerical Solution of Ordinary and Partial Differential Equations, Pergaman Press, London, pp 24-26
[2]蒋维清，《船舶原理》，第一版，1992年，人民交通出版社，255，258，264
[3]盛振邦 杨尚荣 陈雪深，《船舶静力学》，第一版，1993年，上海交通大学出版社
[4]胡守信，《理论力学》，第一版，1986年，高等教育出版社，52—56
[5]陶沙 丁兆洪，《工程力学》，1992年，大连海运学院，41
[6]张三慧 王虎珠，《大学物理．力学》，第一版，1994年，清华大学出版社，93-95
[7]同济大学数学教研室，《高等数学》，第三版，1988年，高等教育出版社
[8]LLOYD, C J, BMT: 'Overview Study', International Symposium on the Safety of Ro-Ro Passenger Ships, RINA April 1990
[9]IMO file, 'IMO and Ro-Ro Safety', 'Focus on IMO', January 1997, 1/3
[10]'Improved Safety Concept for Ro-Ro/Passenger Vessels', 'Gard News 142 July, 1996
[11]Norman Hooke, 'Maritime Casualties, 1963-1996', Second Edition, Whitehall Technical Press Ltd.,737-738
[12]洪碧光，夏国忠，《滚装客船的安全性改进》，《大连海事大学校庆暨中国航海教育90周年论文集》，第一版，1999年，大连海事大学出版社，99
[13]沈华，张宁，郑云峰，《提高滚装客船的残存能力和救生能力——关于 SOLAS95修正案》，《航海技术学会会议论文集》，第一版，2000年，大连海事大学出版社，138
[14]T. Allan, 'The 1995 SOLAS Diplomatic Conference on Ro-Ro Passenger Farries', 'Transaction of the RINA' (1997)
[15]The Safety of Ro-Ro Passenger Vessels-Reporting of the Northwest European Research & Development Project-RINA 7 June, 1996
[16]Werner Hummel, 'ESTONIA:The German Point of View', 'The Naval Architect', January 1999,25
[17]中华人民共和国交通部海事局，《‘盛鲁’轮火灾沉没事故初步调查报告》，1999年
[18]中华人民共和国交通部海事局，《‘大舜’轮特大海上交通事故初步调查报告》，1999年
[19]林拓 张捷，《琼州海峡几起客滚船倾覆事故的原因分析》，《航海技术》，2001年第1期
[20]国务院11．24特大海难事故调查组，《11．24特大海难事故调查报告》
[21]邱国雄，《浅谈客滚船船长对船舶的安全管理》，《中国海事》，2000年第4期，23
[22]何伟明，《琼州海峡客滚船安全管理的现状与对策》，《中国海事》，2000年第4期，28
[23]王全作，《滚装客船的积载、系固及其管理》，《航海技术》，2000年第1期，22
[24]《中国海事局对客滚船安全提出具体要求》，《中国海事》，2000年第2期，17
[25]《1974年国际海上人命安全公约》1995年11月修正案，《国际海事条约汇编》，VOL 8，1998年，大连海事大学出版社，
[26]《关于滚装船舶在运输道路车辆时紧固安排的导则》，《国际海事组织第14届大会决议和其它决定》，1992年，交通部外事司
[27]《货物积载与系固安全操作规则(CSS规则)修正案》，1994年，IMO海事安全委员会第664号通函(MSC./Circ.664)
[28]'Code of Safe Practice for Cargo Stowage and Securing', IMO 17th Assembly Resolution, 1991
[29]S. R. Turnbull and D. Dawson, 'The Securing of Rigid Semi-trailers on Ro/Ro Ships', Int. J. Mech. Sci. Vol. 39, No.1 pp.1-14 (1997)
[30]P. Andersson et al, 'Securing of Road Trailers on Board Ro/Ro Ships', 'Mariterm AB', IMO Conference, London, February (1984)
[31]'HMSO, Roll-on/Roll-off Ships-Stowage and Securing of Vehicles-Code of Practice', (ISBN 0-11550995-X)HMSO, London (1991)
[32]S. R. Turnbull and D. Dawson, 'The Danamic Behaviour of Ro/Ro Trailers on Board Ship', Proc. B.S.S.M. Conference, Lancaster, September (1984)
[33]李积德，《船舶耐波性》，第一版，1992年，哈尔滨船舶工程学院出版社
[34]陶尧森，《船舶耐波性》，第一版，1982年，上海交通大学出版社
[35]冯铁城等，《船舶操纵与摇荡》，第一版，1989年，国防工业出版社
[36]马涅采夫，《船舶不沉性理论》，第一版，1977年，国防工业出版社
[37]彭英声，《船舶耐波性基础》，第一版，1989年，国防工业出版社
[38]盛振邦等，《船舶横浪倾覆试验及其数值模拟》，《中国造船》，1997(3)
[39]徐德春，《船舶横浪倾覆机理的新见解》，《中国造船》，1997(3)
[40]杨宝璋，石爱国，周立鑫，《某客滚船倾覆事件中的稳性问题》，《航海技术学会会议论文集》，第一版，2000年，大连海事大学出版社
[41]姜华，田佰军，《‘大舜’号翻沉事故的稳性分析》，《航海技术学会会议论文集》，第一版，2000年，大连海事大学出版社
[42]姜正根，《汽车概论》，第一版，1987年，北京理工大学出版社，156-157，164-166
[43]《国产车技术性能手册》，第一版，1992年，人民交通出版社，170
[44]余志生，《汽车理论》，第一版，1994年，机械工业出版社，207-208
[45]《东风汽车实用指南》，第一版，1993年，人民交通出版社，28
[46]谭浩强，田淑清，《FORTRAN语言——FORTRAN77结构化程序设计》，第一版，1990年，清华大学出版社，188
[47]徐士良，《FORTRAN常用算法程序集》，第二版，1997年，清华大学出版社，283
[48]S. R. Tumbull and D. Dawson, 'The Securing of Road Trailers on Bard Ro/Ro Ships', 'Transaction of the RINA', Ptl, Vol. 137, pp37-51, (1995)
[49]P. Andersson et al, 'Safe Stowage and Securing of Cargo on Board Ships', Research Report, Mariterm AB, Gothenburg, Sweden, 1982
[50]C. Murer, 'Safety of Ro-Ro Ships-A Discussion of Possible Measures and Actions', Det Norske Veritas No.81, pp103
[51]S. R. Tumbull and D. Dawson, 'Investigation into the Securing of Cargo with Special Reference to Roll-on/Roll-off Ships', IMO Conference, London, February, 1984
[52]Dickie & Scott, 'Lifting Tackle Manual', Butterworths, 1981
[53]L. Fox, 'Numerical Solution of Ordinary and Partial Differential Equations, Pergaman Press, London, pp 24-26