海上风机吊装船全船结构强度分析

以海上风机吊装作业船为对象,采用MSC.PATRAN软件建立全船结构有限元模型;通过该船的运输、安装等不同作业状况的分析,确定典型计算工况,并进行典型工况下的载荷分析和计算工作;对该船在典型工况下的应力进行计算和分析,得到了全船详细应力分布、变形情况。计算结果可以为海上风机吊装作业船的整体强度评估、船体结构优化提供有效依据,对该类型船的设计开发也具有指导意义。     

海上风机吊装作业船全船结构强度有限元分析

海上风机吊装作业船具备自航、自升、运输和起重等复合功能,是一种全新的海洋工程船.文章以其为对象,采用MSC.PATRAN软件建立全船结构有限元模型,通过对该船的运输、安装等不同作业状况的分析,确定典型计算工况,并进行典型工况下的载荷分析和计算工作,得到了全船详细应力分布、变形情况.计算分析结果可以为海上风机吊装作业船的整体强度评估、船体结构优化提供有效依据,对该类型船的设计开发也具有指导意义.     

大开口船波浪载荷长期预报和弯扭强度整船有限元分析

大开口船全船弯扭联合变形与应力的精确计算，必须在整船结构模型上完成。本文以一艘5万吨级大开口船为例，用三维流体动力计算程序进行了波浪随机载荷的长期预报，并在此基础上导出设计波参数组，进而在全船整体结构有限元模型上计算了船体结构在各设计波上的应力分布，并采用嵌入精细舱口角区有限元网络的方法，在整船分析的同时计算出舱口角的应力集中值，获得了船体结构强度的详尽信息。文中阐述了波浪载荷的特点，设计波的确定，浮体完整结构计算的惯性平衡及大开口船的全船计算方法。     

单舱大开口重吊船弯扭强度有限元分析

针对10000t级单舱大开口重吊船的弯扭强度问题,运用水动力分析和全船有限元分析方法,通过挪威船级社的SESAM软件系统对波浪诱导载荷进行长期预报,推导出设计波参数组,在全船结构有限元模型上计算船体结构在各等效波上的变形和应力分布,从而获得全船结构强度的详细信息。对重吊船类大开口型船舶的结构设计和强度分析有一定的参考价值。     

HCSR直接计算边界条件合理性分析

以某成品油船为例,建立全船结构有限元模型,选取典型装载工况,进行全船结构强度直接计算,按照HCSR要求,"切"出船中区域345舱的舱段模型,保持网格和载荷不变,施加边界条件,进行舱段结构强度直接计算,并与全船直接计算在345舱段范围内对应的应力应变值进行对比分析。计算结果表明,在评估区域内同一节点的应变值和同一单元的应力值相差很小,验证了HCSR直接计算中边界条件的合理性。     

薄膜型LNG船全船结构屈服和疲劳强度分析

以某薄膜型液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）船的结构设计为例，开展全船屈服强度校核和基于精细网格的有限元疲劳强度分析。针对5种典型装载状态，基于美国船级社（American Bureau of Shipping，ABS）全船强度直接计算指南，采用ABS-DLA/SFA系列软件，用三维波浪载荷预报程序对波浪随机载荷进行长期预报。基于预报结果，针对每种装载状态计算15个设计波参数组，求解全船结构在各载荷组合工况下的应力分布，继而完成屈服强度校核。以甲板机械室与穹顶甲板相交处的关键节点区域的节点设计为例开展细网格局部强度分析，并通过各种改进设计解决应力集中问题。针对2种常用典型操作装载状态及营运于北大西洋海区疲劳寿命满足40a的要求，基于ABS全船疲劳强度直接计算指南计算2个典型细化位置热点应力传递函数，通过谱分析得到疲劳累积损伤和疲劳寿命，完成疲劳强度校核。采用的全船强度和疲劳分析方法和思路适用于其他超大型船舶的结构分析。     

基于水动力—结构模型的VLGC强度和疲劳分析

超大型全冷式液化气船（VLGC）是国际上公认的设计及建造技术难度最大的船型之一,VLGC波浪载荷是船舶设计计算分析的重要载荷,准确的评估波浪载荷对船舶强度的设计非常重要。论文从DNV先进的水动力计算软件HydroD对VLGC船满载和压载工况下的波浪载荷进行了计算,得到了VLGC船相应工况下的运动响应和短期预报、长期预报值,并把计算出的波浪载荷传递到全船结构有限元结构模型中,加载分析得到了VLGC船的应力分布,对相应地方做了适当改进和加强,并对典型节点进行疲劳强度分析,得到了典型节点的疲劳寿命。对VLGC船整个波浪载荷传递到有限元模型的这一套流程做了分析和研究,也为进一步应用水动力方法计算其它船型的结构强度和疲劳寿命打下了良好的基础。     

豪华邮轮全船有限元分析

采用英国劳氏船级社规范包络线外载荷,对中型豪华邮轮进行全船有限元计算分析。建立全船有限元结构模型和质量模型,将设计载荷加载到整船模型上,施加适当边界条件,同时采用合理的调平方法对全船载荷进行调平,并对船体梁载荷进行调整,得到整船应力状态和相对变形。使用沿船长分布的弯矩、剪力包络线载荷得到结构全船响应,载荷覆盖所有纵向结构,全船有限元分析让设计初期全船结构的薄弱环节一目了然,为全船结构强度分析评估及进一步优化提供重要基础。     

基于设计波法的FLNG整船强度评估

本文采用基于设计波法的直接计算法对270 000 m3的浮式液化天然气船FLNG进行整船结构强度评估。根据FLNG具体的结构形式和数值分析的最终目的将该装置的实际结构简化,选用适当类型的单元对该装置的结构进行离散而得到FLNG的整船有限元模型。基于三维势流理论并利用中国南海波浪散布图对FLNG进行水动力分析,得到了FLNG在典型装载工况下的波浪压力分布及设计波参数。通过把FLNG承受的波浪压力、惯性力、静水压力与重力等载荷分布到有限元模型上,得到FLNG在典型装载工况下全船的应力水平、应力分布和变形情况。该数值分析结果可在FLNG的初级设计阶段为船体结构强度分析提供有效分析依据,并为FLNG上部模块的设计开发提供船体变形参考。     

多用途船舱口围设计及有限元计算

多用途船是一种能载运多种不确定性货物的船型,超大开口是此种船的最大特征。以12 500 DWT多用途船为例,阐述了大开口多用途船的舱口围结构设计。针对多用途船开口大,容易导致变形的问题,对全船舱口围进行有限元建模计算,对结构进行综合分析,探讨对强度影响比较大的工况并作有效加强,使结构设计合理化。     

圆筒型FPSO上部模块支撑结构疲劳分析

与船型FPSO相比,圆筒型FPSO没有明显的总纵弯曲,上部模块与船体结构之间通常采用刚性支墩来连接,水平运动所产生的弯矩和装/卸载引起的船体垂向变形对模块支撑结构的影响较为显著。因此,以“希望6号”圆筒型FPSO上部模块支撑结构为研究对象,基于DNVGL船级社规范,介绍一种简化疲劳分析方法。以FPSO运动加速度和船体变形载荷作为载荷输入条件,利用SESAM/GeniE软件进行有限元分析,得到结构在所有组合工况下应力的扫描计算结果。根据作业海域各个方向波浪发生的概率,运用简化疲劳分析方法计算得到所关注节点的疲劳损伤和各个工况对结构节点疲劳损伤度的贡献。结果表明,所关注节点的疲劳强度均满足设计疲劳强度要求;同一节点的疲劳损伤对不同浪向的敏感度不一样。该简化疲劳分析方法同样适用于承受周期性载荷的FPSO上部模块主结构和其他型式海洋结构物的疲劳分析。     

60客位海景观光船结构强度计算和校核

由于工作于水下,水下观光船大量使用钢化玻璃结构,使船体强度的校核很难用常规规范的方法或舱段有限元方法,为此,运用有限元分析软件MSC.Patran/Nastran对60客位海景观光船进行全船有限元建模,根据规范计算波浪和运动载荷,对模型进行加载,计算得到全船包括钢化玻璃结构在内的应力分布和相对变形情况.     

大型豪华邮船上层建筑舷侧门窗结构强度

以大型豪华邮船整船结构强度分析结果为基础，选取典型的上层建筑舷侧门窗类型进行细化模型强度分析。以粗网格结果为基础，针对舷侧门窗结构进行细化模型计算，获取开口结构的详细应力分布规律，在应力值超规范的位置采取增设插入板的方式进行加强。在结构优化后，相应区域均满足强度要求。研究结果可为大型豪华邮船上层建筑舷侧门窗设计提供参考。     

Adaptive approximation in multi-objective optimization for full stochastic fatigue design problem

As the size of ship has grown rapidly, the importance of exact fatigue strength assessment has been recognized more and more. High concern about fatigue crack often raises target fatigue life to two or three times of ship lifetime. This leads to the use of very thick plates to reduce dynamic stress range or the application of weld toe grinding to reduce stress concentration or removing weld defects. However, such measures can cause some troubles in fabrication process. As a fatigue strength assessment procedure, full stochastic fatigue analysis based on wave loads analysis has been recommended due to its high accuracy and straightforward approach. However, its huge computing time hinders a ship designer from making iterative explorations for a better design to minimize the use of aforementioned measures.This paper proposes an efficient approach to optimize plate thicknesses around hot spots and the applications of weld toe grinding with meeting the required target fatigue life based on the full stochastic fatigue assessment. Two conflicting objectives are taken into consideration; to minimize steel weight and to minimize total weld toe grinding length. Whether to employ weld toe grinding or not for a hot spot can be seen as a selection variable. In order to treat such selection variables along with continuous variables in the multi-objective optimization, Multi-objective Genetic Algorithm (MOGA) is introduced. This paper also employs adaptive approximation framework to resolve the computational burden of the full stochastic fatigue analysis in the optimization. The strategy to refit approximations iteratively can minimize the required number of analysis. A convergence criterion of the adaptive approximation framework is newly proposed considering the feature of discrete objective function attributed to the introduction of selection variables. One of the objective functions, toe grinding length, is purely depending on how many hot spots toe grindings are applied to. The proposed approach is applied to a liquid dome opening problem of LNG carrier, which is known as one of the most difficult parts to satisfy required fatigue strength due to the stress concentration caused by its large opening and weld attachments on upper deck.     

船舶结构疲劳评估设计波法

以散货船船舯内底与底边舱斜板折角处节点为例,对船舶结构疲劳评估的设计波法进行研究.论述了设计波法的基本原理,给出了确定设计波的流程。通过分析该节点的受力情况,确定5个控制载荷参数及设计波参数。以谱分析法得到的参考应力范围为目标值,对5个控制载荷参数对应的设计波作用下的节点应力范围结果进行回归分析,从而得到了用于疲劳评估的设计波组合,并利用该方法对1艘散货船的船舯内底与底边舱斜板折角处的节点进行了计算。结果显示,设计波法与谱分析法的结果吻合较好,计算量大幅减少。     

大型薄膜型LNG运输船结构关键区域分布与控制

以大型薄膜型LNG运输船为例，采用整船直接计算强度评估和疲劳谱分析，确定结构关键区域的分布，在新造船设计和建造阶段对高应力关键区域以及疲劳关键区域进行识别、优化和质量控制，并提出营运阶段的监控要求，以保证船体结构的安全和使用寿命。     

采矿船舱段有限元强度分析方法研究

采矿船于船舯处有大开口月池贯穿船底用于矿物开采,并且月池前后均匀分布4个矿物储存舱,采矿船兼有矿砂船和钻井船的共性。矿砂船横剖面形式采用方形截面设计,便于舱内矿物海上输入输出转运作业。舱段有限元相对于全船有限元更加方便快捷,航行状态下采矿船内、外载荷与矿砂船类似。因此对于航行状态,该文按照CCS船舶规范,从结构型式、模型范围、工况选取及参数设置等方面考量,并应用CCS-HCSR-TOOLS软件进行舱段有限元强度分析;根据计算分析结果得出采矿船前期设计需要特别关注的区域,为采矿船结构设计和强度分析提供思路和方向。     

船舶舷侧细节结构的热点应力计算中的不确定性因素研究

疲劳是船舶结构一种重要的失效模式。在过去的十多年间，涌现出了一些不同的疲劳强度的评估方法，其中S－N曲线法在船级社中得到了广泛的应用。但是，仅就S－N曲线法中的热点应力法而言，不同的组织和个人所预报的疲劳寿命通常也存在很大差异，而计算所得的热点应力集中系数的不同是产生这些差异的一个重要影响因素。本文运用有限元比较研究的方法，对某船舶舷侧细节结构的热点应力计算中可能存在的不确定因素进行了综合分析。通过采用不同的单元类型，不同的建模方法以及不同的有限元软件ABAQUS和ANSYS，得出了相关结论，为正确计算此类船舶结构细节的热点应力提供了指导。     

双体船大开口角隅节点疲劳强度优化方法研究

与同样吨位的单体船相比,双体船具有更大的甲板面积、更大的舱容。在双体船大开口角隅位置,由于应力集中,更容易引起疲劳损伤的迅速积累。因此,在结构设计中,角隅位置的疲劳强度一直是工程界关心的部分。本文使用谱分析方法研究双体船角隅节点的疲劳强度。在疲劳校核基础上对角隅位置进行优化设计,研究增加板厚和增设肘板对角隅处疲劳强度的影响。在此基础上分析不同优化方法的适用性,为船舶设计与安全性能提供适当的建议。