万箱集装箱船典型货舱结构极限承载能力计算

随着世界货运量的需求增加,集装箱船的大型化发展从未停止。近十年内,有2艘大型集装箱船先后在海上遭到极端载荷而丧失结构承载能力以致发生灾难性毁坏,给航运界敲响了警钟。为了避免今后大型集装箱船再次遭遇上述严重事故,保证营运中使用的安全性和航行时结构的可靠性,国际船级社协会专门针对集装箱船的规范要求进行修改,提高了载荷设计值,并且要求评估典型货舱结构的极限承载能力。本文针对万箱集装箱船典型货舱结构,基于逐步破坏法和有限元法,计算了垂向和水平方向的极限弯矩。结果表明,在初步设计阶段逐步破坏法有着快速高效的优势,但是考虑到载荷变化的多样性和船体结构的复杂性,还是需要应用非线性有限元法进行建模计算,给出最终评估结果。     

UR-S11A对集装箱船极限强度的影响

根据UR-S11A的相关要求,采用基于增量迭代的史密斯法和非线性有限元法,对10000 TEU集装箱船的极限强度进行了计算分析,得出船体中垂和中拱状态下的极限承载能力以及2种方法的计算结果差异.由于集装箱船的航速较高,具有显著的首部外飘,并且一阶垂向模态频率比常规船型低,容易引起颤振现象,计算中根据挪威船级社规范,考虑了颤振对于极限强度的影响,结果表明在不同剖面的极限弯矩均有较大增加.     

基于1 900 TEU支线集装箱船各种载荷工况下的结构强度分析

对集装箱而言,最大中拱和中垂弯矩均出现在货舱区域,货舱区域船体结构应力水平较大,因此货舱区域的结构强度成为全船结构强度评估的重点。各船级社规范对货舱区域结构强度直接计算作了详细说明_[2,4],略有差别。本文采用有限元软件MSC.PATRAN/NASTRAN,基于CCS规范要求,对1900TEU集装箱船建立舱段有限元模型,进行强度计算及结果分析,完善结构设计,对相关的船舶设计提供一定的参考作用。     

基于一个二维水弹塑性方法和极限强度评估的集装箱船结构优化研究（英文）

海上极端波过去常常导致船舶结构的极限破坏,而船舶的极限崩溃涉及到船体结构的动态极限强度和结构非线性。该文通过二维的水弹塑性方法研究了集装箱船在极端波中的非线性动态强度,该方法考虑了船体的极限强度以及船体结构的非线性和波浪之间的耦合。并通过该二维水弹塑性方法和极限评估方法研究了船体结构的结构优化。文中还通过二次规划法(SQP)来优化基于非线性的动态强度的集装箱船体结构。最少的结构成本是本优化的目标函数,约束条件保证船体的强度要小于结构的极限强度,并且结构设计尺寸要满足规范的要求。随着设计波高的变化,这些优化的设计变量的变化趋势得以发现,一些研究的结论可用于船舶规范的参考。     

基于一个二维水弹塑性方法和极限强度评估的集装箱船结构优化研究

海上极端波过去常常导致船舶结构的极限破坏,而船舶的极限崩溃涉及到船体结构的动态极限强度和结构非线性.该文通过二维的水弹塑性方法研究了集装箱船在极端波中的非线性动态强度,该方法考虑了船体的极限强度以及船体结构的非线性和波浪之间的耦合.并通过该二维水弹塑性方法和极限评估方法研究了船体结构的结构优化.文中还通过二次规划法(SQP)来优化基于非线性的动态强度的集装箱船体结构.最少的结构成本是本优化的目标函数,约束条件保证船体的强度要小于结构的极限强度,并且结构设计尺寸要满足规范的要求.随着设计波高的变化,这些优化的设计变量的变化趋势得以发现,一些研究的结论可用于船舶规范的参考.     

多用途船集装箱装载工况直接计算分析

多用途船的货舱内装载集装箱的固定形式与普通集装箱船不同,船级社及船舶的设计、建造方对此类船舶结构强度的安全性和可靠性投入更多的关注。为此,参照中国船级社钢质海船入级规范的要求,研究提出了舱内载荷的模拟方法,以某多用途船舱段结构强度有限元计算分析为例,分析研究集装箱横向运动和垂向运动惯性力对船体结构强度的影响。为多用途船装载集装箱工况的结构设计提供准确的分析方法。     

大型液化天然气船船体极限强度研究

船体极限强度是大型液化天然气(LNG)船海洋环境适应能力的显示指标,而薄膜型LNG船的船体结构具有大舱容和较强的箱形凸起甲板等特点。为了精确评估大型LNG船的船体极限承载能力,文中采用具有代表性的解析方法、简化方法、理想结构单元法和非线性有限元法进行比较研究。首先介绍了上述方法的基本原理和计算步骤。然后以大型LNG船的船中肋骨间结构为研究对象建立了精细的计算模型,并对计算结果进行了比较分析。最后,按法国船级社规范要求对大型LNG船极限强度进行了校核。研究结果表明,文中给出的计算方法适合于大型LNG船的船体极限强度评估,而凸起的箱形甲板显著提高了大型LNG船中垂和中拱极限弯矩比值。     

大型液化天然气船船体极限强度研究

船体极限强度是大型液化天然气(LNG)船海洋环境适应能力的显示指标,而薄膜型LNG船的船体结构具有大舱容和较强的箱形凸起甲板等特点.为了精确评估大型LNG船的船体极限承载能力,文中采用具有代表性的解析方法、简化方法、理想结构单元法和非线性有限元法进行比较研究.首先介绍了上述方法的基本原理和计算步骤.然后以大型LNG船的船中肋骨间结构为研究对象建立了精细的计算模型,并对计算结果进行了比较分析.最后,按法国船级社规范要求对大型LNG船极限强度进行了校核.研究结果表明,文中给出的计算方法适合于大型LNG船的船体极限强度评估,而凸起的箱形甲板显著提高了大型LNG船中垂和中拱极限弯矩比值.     

基于CSR共同规范的船体梁极限强度分析

基于CSR共同规范编制船体梁极限强度的简化逐步破坏法计算程序,以12 000 DWT油船为工程实例,按共同规范的两种方法(简化逐步破坏法、有限元法),分析该船体梁的极限强度。研究表明,该油船极限强度校核应重点关注甲板部分结构;简化逐步破坏法可快速准确地计算船体梁的极限弯矩,相对较成熟;而非线性有限元法方面,共同规范需要在模型化技术方面进一步完善相关细节,就未破损船体梁极限强度计算而言,建议可在模型纵向尺度和横向构件建模方面做适当简化。     

支线集装箱船整船强度和疲劳有限元分析

在分析UR S11A和S34生效后的集装箱船整船屈服、屈曲要求的基础上,以1艘支线集装箱船为对象,计算得到目标船整船结构各个计算工况下的应力分布,完成整船屈服、屈曲强度评估和疲劳筛选及评估,分析发现支线集装箱船艏、艉非货舱区域结构和货舱区域的横向结构,以及整船重点区域的疲劳问题不容忽视。在设计时,对上述区域结构应重点关注,必要时建议选择装载手册中最危险的工况开展整船屈服、屈曲和疲劳评估并作适当加强。     

内河船舶极限强度计算的逐步破坏法程序设计

在船舶设计与强度评估中,为更加真实地了解船体结构的安全极限,要求计算船体梁的极限强度。逐步破坏法由于其计算效率高,结果比较可靠,被广泛运用于大型海船设计,但在内河船舶设计规范中,至今尚无有关极限强度的条款。通过非线性有限元程序计算得到加筋板单元平均应力应变关系,并与Rahman法、CSR法以及ISUM方法计算得到的应力应变关系曲线进行对比,以验证其可靠性。然后,按照一定的规律建立符合内河船舶构造的加筋板单元应力应变关系数据库,并编写逐步破坏法计算程序,在计算过程中,其能根据加筋板单元尺寸自动选取对应的关系曲线;对参数超出数据库的情况,则通过插值实现。     

船体梁弯曲极限强度分析

针对船体梁极限强度计算问题,研究基于弯曲承载力的极限状态分析技术。分析总结船体梁极限强度分析方法及研究现状,阐述简化逐步破坏法(Smith逐步破坏法)的技术流程,探讨基于非线性有限元极限强度分析技术中各参数设置对计算结果的影响。在简化逐步破坏法计算结果的基础上,利用非线性有限元法评估基于单跨模型和舱段模型的船体梁极限强度,并探究上层建筑对极限承载力的影响。     

UR S11A及UR S34对超大型集装箱船结构设计的影响

比较国际船级社协会（International Association of Classification Societies，IACS）制定的针对集装箱船总纵强度评估的标准“UR S11A”与集装箱船有限元强度评估工况的最低要求“UR S34”的差异，主要比较总纵强度评估方法、垂向波浪弯矩和垂向波浪剪力公式的差异。结合中国船舶及海洋工程设计研究院自主开发设计的某2种类型超大型集装箱船，计算分析UR S11A对集装箱船3个典型位置（船体0.25L，0.50L和0.75L处）纵向结构构件尺寸的影响，特别是对剪切强度的影响。同时，介绍UR S34的一些关键内容。     

超大型集装箱船的结构设计

近年来,集装箱船的大型化趋势日益明显。MARIC积极研发符合市场需求的超大型集装箱船,在2013年成功获得了18000TEU超大型集装箱船的实船设计任务。并以此船为实例阐述了集装箱船超大型化后给结构设计带来的挑战。介绍了一种利用全船有限元直接加载规范载荷校核合成应力的计算方法,通过加集中力来拟合船体梁所受到的弯矩、扭矩包络线。与薄壁梁理论相比,该方法的合成应力计算结果更精确,有利于优化设计。在超大型集装箱船的舱段有限元与全船有限元分析中,规范的垂向波浪弯矩值往往比实际值小,这时需要采用直接载荷预报的垂向波浪弯矩值进行分析。超大型集装箱船的航速较高,显著的艏部外飘,并且一阶固有频率比常规船型低,容易引起颤振(whipping)和弹振(springing)。应用水弹性分析,探讨了颤振和弹振对于超大型集装箱船结构的极限强度和疲劳强度的影响。     

大型集装箱船舱段有限元强度分析

随着集装箱船的大型化,有限元计算已是必不可少的分析手段.舱段有限元分析的目的是根据实际装载的垂向弯矩计算,得出船舶中部构件的综合应力及变形.通过分析,得出船体主要纵向及横向的结构件尺寸.着重介绍利用MSC PATRAN和MSC/NASTRAN软件对某大型集装箱船的货舱舱段进行了结构强度的有限元分析.     

基于CSR的散货船最首尾货舱结构强度分析

参考散货船共同结构规范要求,研究最首货舱和最尾货舱有限元直接计算的若干要点,包括模型范围和要求、计算载荷和工况的选择和模型处理方法等。探讨共同规范屈服和屈曲强度评估准则,利用MSC Patran/Nastran和英国劳氏船级社(LR)的Shipright软件对某散货船的最首和最尾货舱舱段结构进行强度计算和评估,并提出加强方案,使其满足散货船共同结构规范直接强度分析的要求。     

循环载荷下大开口箱型梁弯曲极限强度试验研究

甲板大开口已成为现代货运船舶结构的典型特征，但是甲板大开口的存在不仅削弱了船体结构的极限承载能力，也使其性能与响应更加复杂。基于模型试验与非线性有限元法探究了设计的甲板大开口箱型梁在中垂循环极限弯矩作用下的结构承载能力与破坏模式，分析初始缺陷和材料硬化效应对结构极限强度的影响。结果表明，在循环载荷作用下，模型的塑性变形随着循环次数增加而逐步累积，屈曲破坏将从甲板板扩展到舷侧板；模型即使发生屈曲破坏，仍保留了大部分承载能力；材料硬化效应在循环极限加载中影响较小。研究结果可为大开口船舶结构的安全性评估和优化设计提供指导。     

无舱盖集装箱船货舱强度研究

无盖集装箱船在货舱满载工况下的货舱强度是这种新型船舶结构设计的关键，本文通过１０００箱无舱盖集装箱船货舱强度的研究表明，只要考虑到这种船舶的受力特点，通过精心设计计算，无舱盖集装箱船的货舱结构是能满足强度要求的。就结构而言，设计和制造这种无舱盖集装箱无特别的困难。     

基于一个二维修正水弹性方法的集装箱船体梁动态前极限强度评估研究

海上极端波因其巨大的波高常常导致船体的极限破坏。该文提出了一个二维的修正水弹性方法来研究一个集装箱船船体梁在极端波中的动态前极限强度。传统的极限强度评估基于准静态方法,没有动态效应被考虑。而船体在波浪下的动态结构响应是基于水弹性方法,传统的水弹性方法并不能计算船体梁的动态非线性强度。该二维修正的水弹性方法考虑时域波浪和非线性船体梁之间的耦合,将水弹性方法和Smith方法结合,用Smith方法计算船体梁的刚度,而其刚度与船体梁的强度和变形曲率有关。所以该时域的非线性刚度被用于修改水弹性方法里的常数项的结构梁刚度。几组极端波模型被用以产生船体梁的大变形和非线性动态垂向弯矩。文中分别采用修正水弹性方法和普通水弹性方法,通过改变四个重要的极端波参数如极端波最大波高、规则波的波高、波速和波长等来研究其对船体梁船中处的大变形转角和非线性垂向弯矩的影响,通过采用修正的水弹性方法计算得来的结果与水弹性方法计算得来的结果相比较,得到了一些差异和结论。     

DNV GL新规范对大型集装箱船结构设计的影响

从总纵强度、舱段有限元和典型结构局部强度三个方面解析了DNVGL规范与GL规范在集装箱船结构方面的内容差异。以一艘14500TEU集装箱船为算例，分析了DNVGL规范对大型集装箱船结构设计的影响。结果表明，DNVGL规范对于集装箱船的总纵强度和舱段有限元提出了更高的要求，而在压载舱边界结构和艏部砰击方面的要求相对于GL规范有所降低，存在一定的优化空间。