为了分析在海洋环境中的船载汽车吊装卸浮体单元过程的吊缆张力变化，利用 ANSYS-AQWA 软件对运输船上的汽车吊装卸作业过程进行模拟仿真。基于时域响应分析方法，对在不同方向的环境载荷作用下，被卸载的浮体单元处于不同的位置时，计算了吊缆张力随时间变化的情况。计算结果表明：吊缆张力总体呈周期性变化，浮体单元未接触水面时，吊缆张力随吊缆长度的增加而略有减小；当浮体单元接触水面时，由于水面波浪载荷的冲击作用，浮体单元会发生较大的运动，从而导致吊缆张力发生剧烈变化，张力甚至能够达到重物重量的 1.25 倍；当浮体单元下降到漂浮状态时，由于船体横摇和波浪作用，吊缆张弛变化明显，张力甚至会从0 突变到重物重量的0.55 倍，这些巨大的冲击对作业的安全极为不利。此外，横浪和斜浪会加剧船体的运动，从而导致吊缆张力变化幅值增大。

0 引 言

海上浮体结构物在安装过程中，首先通过运输船将浮体结构单元运输至相关海域，利用运输船自带的汽车吊将浮体单元卸载到海面上，然后拖带至指定海域进行组装作业。海洋环境复杂多变，在大海中进行吊装作业对环境的要求很高。船体受到风、浪、流等载荷的影响，会使被装卸的浮体单元产生大幅度摆动，引起吊缆张力变化剧烈，吊缆张力反作用于船体，会导致船体的晃动加剧，威胁到作业安全。因此需要对浮体单元卸载过程中汽车吊的吊缆张力进行分析。

大量学者对起重船吊物系统进行了相关研究，Todd 等[1]的研究结果表明，吊物在船舶上的运动为受迫球形摆的动力行为。Ren 等[2]基于拉格朗日方程，建立了浮吊耦合响应分析方法，研究了系泊船吊的动力响应；研究结果表明，与刚性吊臂相比，柔性吊臂的船舶在摇晃时存在较大的振动。Cha 等[3]和Park 等[4]建立了考虑浮吊和货物6 自由度的多体系统动力学方程，对浮吊吊装重物进行了动态响应仿真。Ham 等[5]利用离散欧拉-拉格朗日方程，对浮吊吊装重物时的动力学状态进行了分析。Lee 等[6]提出了基于柔性多体动力学并考虑系泊系统与浮吊耦合的分析方法，对浮吊在各种环境载荷作用下的动态响应进行了模拟仿真。Ye 等[7]对不同环境条件下、起重船装卸过程中的船舶位置与系泊刚度的估算方法进行了研究。张明霞等[8]研究了多种旋转角度下，起重船重物跌落对船舶的浮态、静稳性以及动稳性等性能的影响。王玉闯等[9]分析了装卸重大件货物对船舶稳性的影响，提出了调整船舶横倾的具体方法。刘伟[10]基于多体动力学的方法，建立了起重船的动力模型，分析了船体运动引起的吊物系统的动力响应问题。程义峰[11]对船在吊装卸货物的过程进行了计算与演示，并对此过程的机理进行了相关研究。朱明等[12]对海上风机在安装过程中起重船和风机的动态特性进行了分析和研究。

此外，一些学者通过试验和数值的方法对浮吊系统进行了相关研究。高巍[13]等以一艘起重船为研究对象，通过对比基于全QTF（full quadratic transfer function）方法的分析结果和模型试验结果，研究了多点系泊起重船的运动响应。王丙等[14]对浮基起重系统在规则波中的运动响应进行了试验研究，分析了吊臂夹角、波长、波高及重物对浮基起重系统运动响应的影响。Ha 等[15]对浮吊船在波浪作用下的上部模块配合作业进行了试验和数值研究，并对浮吊钢缆张力进行了评估分析。朱邵华等[16]采用水池模型试验和数值模拟的方法，对“蓝鲸”号大型起重船吊装海洋平台上部组块作业的过程开展运动响应研究。张明等[17]和林七贞等[18]利用AQWA 软件对起重船打捞作业进行了数值仿真并对其安全性进行了分析。

对运输船自带汽车吊在海洋环境中进行卸载作业的相关研究较少，对卸载作业时的吊缆张力分析也少有报道。本文基于水动力计算软件ANSYS-AQWA（advanced quantitative wave analysis），模拟不同方向环境载荷作用下的船载吊车卸载作业中诸多工况的吊缆张力变化情况，并对结果进行对比分析，所得结论可对相关工程实践提供指导。

1 吊物系统模型与载荷

1.1 吊物系统模型与坐标系

图1 吊物系统模型示意图

重物在惯性坐标系中的坐标可表示为

1.2 浮体时域运动方程

对于系泊状态下受风、浪、流联合作用下的浮体，其时域运动方程为[19]

1.2.3 波浪载荷

本文基于势流理论对波浪载荷进行计算。假定浮体所处的流场无旋、无黏、不可压缩，波浪为微幅波，浮体周围流场速度势由3 部分组成[19]，如式（6）所示。