基于非线性设计波的船体结构强度直接计算研究

针对规范公式不适用于小方形系数Cb0.6的船舶以及线性设计波法不能反映波浪载荷非线性特征的情况,使用非线性设计波法研究了一艘小方形系数船的波浪载荷长期预报极值和波浪载荷与波高非线性变化规律,给出了非线性设计波参数的选取办法。根据参数,用非线性设计波法计算了船舶的波浪附加弯矩,并与线性设计波和规范公式两种方法得到的波浪附加弯矩进行了比较分析。分析结果表明,非线性设计波法能够反映出波浪幅值较大时波浪载荷随波高非线性变化的规律,以及中拱、中垂状态下舯剖面波浪附加弯矩的非对称特征,较线性方法更为合理。     

海浪统计资料对船舶波浪弯矩设计值的影响

对船舶,特别是超规范船舶,进行结构的直接计算设计时,首先要知道波浪弯矩设计值。 要确切地做到这一点,设计人员应合理地选择船舶航行海域的海浪长期统计资料,然后根据船 舶的装载工况和实际可能达到的航速,借用线性理论或非线性理论进行波浪弯矩的长期预报 来确定设计值。本文就一艘大型集装箱船舶,按五个典型海域的海浪统计资料,对波浪弯矩及 波浪合成弯矩作了长期预报计算,并与 ＩＡＣＳ的统一纵强度要求ＵＲ—Ｓ１１的结果作了比较和 分析,给出了对船舶结构直接计算设计有指导意义的几点结论。     

小方型系数船舶的船体波浪载荷综合研究

从船级社规范对于不符合主尺度比要求的船舶船体梁波浪载荷的规定出发,采用理论预报和船模试验2种综合方式,进行了小于0.6方型系数、高航速、高海况目标船的波浪载荷研究。从规范对波浪载荷的线性理论预报值进行的非线性修正,修正后中拱和中垂波浪弯矩绝对值之和与线性理论预报极值全幅值相等出发,阐述所研究船特殊主尺度比下的模型试验结果、三维非线性水弹性理论预报结果显示出的波浪载荷非线性行为;同时综合模型试验与理论预报的共同规律,研究不同波高、航速、浪向等非常规船型船体波浪载荷的强非线性行为,从而认为规范基于的线性理论预报值进行非线性修正的统一规定太过笼统,进而建议规范对波浪载荷的非线性修正予以进一步的明确区分和规定。     

小方型系数船舶的船体波浪载荷综合研究

从船级社规范对于不符合主尺度比要求的船舶船体梁波浪载荷的规定出发,采用理论预报和船模试验2种综合方式,进行了小于0.6方型系数、高航速、高海况目标船的波浪载荷研究.从规范对波浪载荷的线性理论预报值进行的非线性修正,修正后中拱和中垂波浪弯矩绝对值之和与线性理论预报极值全幅值相等出发,阐述所研究船特殊主尺度比下的模型试验结果、三维非线性水弹性理论预报结果显示出的波浪载荷非线性行为;同时综合模型试验与理论预报的共同规律,研究不同波高、航速、浪向等非常规船型船体波浪载荷的强非线性行为,从而认为规范基于的线性理论预报值进行非线性修正的统一规定太过笼统,进而建议规范对波浪载荷的非线性修正予以进一步的明确区分和规定.     

38000 m3特种工程船的波浪载荷预报和正确计算

基于三维势流理论,应用DNV-SESAM软件,对某特种工程船在规则波中不同浪向角下的波浪载荷传递函数进行了计算.分别使用东海、南海、渤海、南美洲及北大西洋五个海域的海况数据,对该船的调遣工况和作业工况进行了垂向波浪弯矩和剪力的长期预报.最后将所得的长期预报结果与CCS规范值进行了比较.     

水深对三体船运动和波浪载荷的影响

利用三维势流理论和简单格林函数计算了迎浪航行时不同航速和不同水深组合下的波浪运动响应和载荷传递函数,研究不同水深和航速组合对三体船的波浪运动响应和波浪载荷的影响,并对船舯垂向弯矩和舯后1/4船长处剪力进行了长期预报.将预报值与规范值进行比较,结果令人满意.计算结果表明三体船在不同水深下航行时,水深对其运动响应和波浪载荷都会产生显著影响.     

内河船舶可靠性分析中的波浪弯矩统计与极值分布

以内河A级航区波浪散布图与波浪谱为环境参数,基于三维势流水动力程序对43艘内河船舶进行波浪弯矩长期预报,获得样本船波浪弯矩长期Weibull概率分布的形状参数、尺度参数和10-8超越概率的预报值。将波浪弯矩预报值与静水弯矩进行对比,根据Turkstra载荷组合规则,确定船体梁总纵强度可靠性分析中的载荷组合形式。在此基础上采用序列统计法对波浪弯矩极值分布进行分析,极值分布近似服从Gumbel分布,即I型极值分布。     

船舶随机波浪载荷的理性预报方法

介绍了船舶波浪载荷(包括砰击载荷)理性预报方法的理论基础、基本思想、计算方法与计算过程,并以一条排水船为例,给出了该船舯部的波浪弯矩和中垂合成弯矩的统计特征值。计算方法和结果可供有关专业人员参考。     

船舶波浪弯矩1周短期预报研究

当船舶在海上发生碰撞、搁浅、泄漏等事故后,需在1周之内进行救助,所以有必要研究船舶1周短期波浪弯矩的预报方法。本文介绍2种方法:一是利用WALCS软件,基于三维频域线性水动力理论,计算后得到16艘船舶(6艘散货船、10艘油船)的1周短期波浪弯矩,记为1周软件波浪弯矩预报值;二是根据极值I型理论,通过公式推导,利用已知3小时波浪弯矩有义值M S,计算后得到了16艘船舶的1周短期波浪弯矩,记为1周极值I型波浪弯矩预报值。经比较发现二者预报结果高度一致,认为采用极值I型理论进行船舶波浪弯矩1周短期预报准确可靠,且该方法耗时更短,简便易行,值得推广。     

三体船波浪载荷预报研究

根据现有某三体船的相关资料和海浪统计资料,采用三维频域计算方法,给出横纵向波浪载荷分量的传递函数及长短期预报值。横向波浪载荷包括各纵剖面的横向对开力、横垂向剪力、横垂向弯矩、纵摇有关扭矩等;纵向波浪载荷包括各横剖面的纵垂向剪力、纵垂向弯矩、纵向扭矩和水平弯矩。短期预报采用P-M双参谱;长期预报采用IACS推荐的Rec.34标准海浪统计资料,考虑到高速三体船适用于7级海浪的要求,根据实际情况把海浪资料波高截断,即有义波高变化范围为0.5⁶ m及0.56 m及0.5⁹ m,其中6 m及9 m有义波高的出现概率按照插值的方法得到。根据计算结果,可给出高速三体船的波浪载荷特征,为结构的进一步优化设计提供重要依据,并为相关规范公式的修改提供参考。     

船体结构剩余强度评估方法研究

在设计阶段对船体可能发生的破损情况和剩余强度进行分析。根据分析结果优化结构设计,可以有效地提高船舶破损后的生存概率。以某双壳油船为例,采用SMITH法和非线性有限元法,计算破损后船体的剩余承载能力,比较2种计算方法的计算原理和结果。采用规范计算和直接预报的方式对船体破损后的波浪载荷进行预报。采用确定性方法和可靠性方法对破损船船体结构剩余强度进行评估,给出了实际应用中的使用建议。     

规则波中船舶非线性波浪弯矩的时域计算

本文提出了一种预报船舶在迎浪规则波中升沉和耦合运动以及垂向弯矩的非线性响应的方法。本方法的实质是线性切片理论的延伸与推广,它在原切片理论的载荷公式中加入了非线性的浮力项、非线性的流体动量力及阻尼力项。在时域中求解耦合运动方程组,在此基础上分别求解将船体视为刚体和弹性梁的垂向弯矩。此非线性理论计算值与线性理论计算值及模型试验结果作了比较,非线性计算模拟与模型试验结果一般可达到良好的一致性。在船舶总纵强度研究有特定价值的波长范围内,本方法能有效地用来预报垂向弯矩,     

IACS波浪弯矩设计值与长期预报理论计算值的比较

本文分析了国际船级协会（ＩＡＣＳ）纵向强度标准Ｓ１１中波浪弯矩设计值与在采用ＩＡＣＳ ＷＰ／Ｓ委员会推荐的海浪谱和海况统计资料条件下的长期预报理论计算值的关系，大量计算实践表明后者总体上要比前者大１．５倍，文中最后建议为了把长期预报这一技术应用于船体波浪弯矩的直接设计计算，对上述预报过程可取１０＾－５．５概率水平时的长期预报值作为船体波浪弯矩设计值。     

不同海况下艏部砰击及鞭状效应的试验与数值分析

为了更深入地研究船舶的鞭状效应,在拖曳水池中对某船进行了艏部砰击及鞭状效应分段模型试验研究。提出了一种可以考虑砰击力的非线性水弹性计算方法。并改进了传统的分段模型,采用变截面梁对船体刚度进行模拟以更好地接近实船。在规则波迎浪下观察到了严重的艏部砰击现象。试验数据表明,当波高从5.6m增大到21m时,由于鞭状效应原因,总弯矩相比低频波浪弯矩的增大值从24.64%增长到92.02%。最后,将不同海况下的测量结果与基于线性与非线性水弹性理论的计算结果进行了比较分析,初步验证了文中方法和程序在预报船体波浪载荷中的适用性。     

纯稳性丧失衡准实船分析研究

随着第二代完整稳性衡准的制定,作为一种独特的波浪中稳性问题,纯稳性丧失衡准即将在未来几年内作为建议性要求被国际海事组织(IMO)颁布执行并应用于实船设计。而当理论研究成果向实际工程应用转化时,有必要进行大量适用性研究以便勘验、提高该方法的鲁棒性。论文介绍了基于经验公式的Level 1衡准和基于分析波浪中考虑物面非线性影响GZ曲线特征的Level 2衡准方法,通过分别采用这两种方法针对不同类型38条实船的数值预报研究,分析了不同船型、尺度和装载工况的实船设计对于纯稳性丧失衡准的敏感性。在此基础上介绍了适用Level 2衡准的两种进水角计算方法,通过对比分析了两种进水角计算方法对于敏感性预报结果的影响及其适用性。根据以上研究,对IMO现有衡准方案存在的问题提出了若干改进建议。     

超大型油船破损剩余强度可靠性分析

根据MARPOL公约,对CSR-H规定的破口范围进行概率分析。以一艘超大型油船为例,分别统计了单舱破损后各个肋位的静水弯矩概率特征和基于全球海况谱的一周波浪弯矩预报值;基于Smith法的船体梁极限弯矩计算软件,分别统计了各舱破损后极限弯矩的概率特征;采用改进一次二阶矩法,计算了各舱破损后的剩余强度可靠度。研究结果表明：机舱和首尾货舱发生破损后整船失效概率较低,中部货舱区域发生破损后整船失效概率较大,尤其在静水中垂破损工况下最危险,失效概率在10^-2量级。     

船舶波浪弯矩短期预报研究

采用两种方法（一是利用WALCS软件，基于三维频域线性水动力理论；二是利用3小时波浪弯矩有义值MS，根据极值I型理论）进行船舶波浪弯矩短期预报，并分别计算得到16艘船舶（6艘散货船、10艘油船）的短期波浪弯矩。经比较发现，根据极值I型理论得到的短期波浪弯矩与WALCS软件短期波浪弯矩偏差较小，在工程实践中具有一定参考价值。     

基于切片理论的波浪载荷直接计算

提出了波浪载荷直接计算方法。该方法基于线性切片理论,在频域范围内进行。通过水动力分析得出波浪载荷的响应幅值算子,采用统计方法对波浪载荷进行长期预报,并将线性波浪载荷预报结果进行非线性修正,以模拟实际波浪载荷的非线性效应。最后以某一船型为例,结合IACS推荐的波浪谱和波浪散布图以及超越概率,采用该方法进行了计算并将计算结果与规范值进行了比较。     

船体总纵强度可靠性分析

本文应用结构可靠性原理,在分析了船体总纵强度外载和能力不确定性因素的基础上,分别按全概率分析法、均值一阶二次矩阵法、改进的一阶二次矩法和局部安全因子法三种不同水平的方法,编制了计算机程序,用四艘船的资料进行了实例计算。在此基础上,分析了这四艘船所反映的破坏概率、可靠性指数和局部安全因子的一般规律,比较了两种不同波浪载荷长期分布模型,指出了不同水平方法之间的关系,同时还讨论了船速、静水弯矩、波浪弯矩、抗弯能力及其他一些因素对可靠性的影响,指出了今后工作的重点。     

南海超大型抓斗疏浚船波浪载荷下结构强度评估研究

以一艘200方抓斗式疏浚船为例,阐述船舶波浪载荷长期预报和全船有限元直接计算方法。讨论不同波浪散布函数对船舶波浪载荷计算结果的影响。针对不同海域进行波浪载荷长期预报,通过对比分析得到南海海域波浪载荷水平,提出了南海工作船舶波浪载荷预报建议。在此基础上,对全船进行结构有限元分析,得到不同海域中全船结构应力水平,并对船体局部结构进行了优化,为在南海进行施工作业的疏浚船的设计提供参考。