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.     

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。     

起重船波浪载荷直接计算与规范计算比较研究

采用基于三维频域线性水动力理论的波浪载荷计算软件Wave Loads Calculation System对1 600 t全回转浮吊船进行了波浪载荷计算(主要指垂向弯矩与剪力),得到不同工况下载荷分布的特点.并将计算结果与中国船级社《钢质海船入级规范》中的规范计算结果进行了比较.研究表明:起重船由于其船型、质量分布和载荷工况不同于运输船,规范计算公式无法对其波浪载荷做出合理评估,而采用直接计算方法,能够根据装载状态,较为准确和详细地预报船体波浪载荷及其分布.     

片体位置及航速效应对三体船波浪载荷的影响

基于三维时域Rankine源法计算不同航速下三体船的总纵垂向弯矩、垂向剪力和总纵扭矩以及连接桥上的横向弯矩、垂向剪力和横向扭矩。基于北大西洋海况的长期预报结果,研究片体纵向位置以及航速效应对三体船波浪载荷沿船长、随浪向的分布规律以及对载荷大小的影响,得出基于波浪载荷的片体优化分析和航速建议,可以为三体船的载荷直接计算和结构强度分析提供参考。研究发现,片体位置对纵向扭矩以及连接桥弯扭载荷的分布和大小影响很大,片体位于距船尾约35%~40%L比较有利;船舶在中高航速(0.25≤Fn0.4)下的波浪载荷比较小。此外,改善片体重量分布有利于减小连接桥载荷。     

含月池开孔的FPSO水动力性能及波浪载荷研究

为研究月池开孔对FPSO水动力性能和波浪载荷的影响,基于三维势流理论和波浪诱导载荷理论,分析了不同的月池尺寸、不同的月池纵向位置以及不同的船体吃水时附加质量和附加阻尼的变化趋势。并进行了含月池开孔的FPSO波浪诱导载荷的长期预报,得到了截面垂向剪力和弯矩沿船长方向的分布规律,分析了月池尺寸对波浪诱导载荷的影响。结果表明含有月池的FPSO船体的垂向附加质量和附加阻尼会出现一个峰值,随月池尺寸增加而逐渐减小;月池处垂向剪力和垂向弯矩随月池尺寸增大有小幅度减小。     

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。     

联合载荷作用下的整船有限元分析

本文应用整船三维有限元方法,分析了船体在波浪中航行时受弯扭联合作用下的结构响应,船体所受的联合载荷包括静水弯矩,垂向波浪弯矩,水平波浪弯矩,扭矩及相应的剪力,通过节点力转换的方法,将船体外表面所受的海水压力转化到有限元节点上,通过节点力平衡的处理,将船体所受的联合载荷和重力及惯性力调整到与其所受的三向矩及相应的剪力相平衡。     

恶劣海况下船体波浪载荷的统计推断

介绍恶劣海况下船体波浪载荷(包括波浪和合成弯矩)统计推断的计算方法,并以某一高速排水型船舶作为算例进行计算。首先,按30 min短期海况估算该船的船舯波浪弯矩、砰击弯矩和合成弯矩统计特征值并与测量结果进行比较;其次按4 h海浪稳定假设,给出统计推断;最后,对巨浪海况完成算例船舶的波浪弯矩和合成弯矩的统计推断,并简要分析船体的总纵强度。     

斜浪工况对船体垂向波浪弯矩设计值的影响

在某宽浅吃水型船理论预报和缩比模型试验中,垂向波浪弯矩在斜浪工况下的传递函数与迎浪工况基本相当.针对该特殊情况,基于势流理论和缩比模型试验开展波浪载荷预报,探讨斜浪工况出现该情况的原因;同时,结合短峰波效应、波浪载荷谱密度和波幅限制理论分析斜浪工况对垂向波浪载荷设计值的影响.经研究,斜浪工况对垂向波浪弯矩预报值未产生较大影响,在船舶设计中确定垂向波浪弯矩载荷设计值时,无需考虑斜浪工况的影响.该结论具有一定的工程应用价值,对类似船型的波浪载荷预报具有一定的参考意义.     

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。     

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。     

Fatigue damage calculation for oil tanker and container ship structures

The fatigue behaviour of longitudinal stiffeners of oil tankers and container ships, subjected to dynamic loads, is analysed. The following dynamic load components are considered: hull girder vertical wave bending moment, alone and combined with the horizontal wave bending moment, hydrodynamic pressure and inertial forces caused by cargo acceleration.

The spectral method was selected to calculate the fatigue damage, based on S—N curves and Miner's rule. Following this approach, the fatigue damage may be calculated as a function of a stress parameter Ω_p, which represents the cumulative effect of wave induced loads in the unit of time and incorporates the combined effects of stress level and its occurring frequency.

Simple formulas for Ω_p of oil tankers and container ships are given, obtained from the results of hydrodynamic analyses performed on several ships, in different wave environments.

Several examples show the applicability of the methods to real ship structures. The method, however, still needs to be calibrated because of the simplifying hypotheses introduced in the loading conditions.     

Design safety margin of a 10,000 TEU container ship through ultimate hull girder load combination analysis

Assessment of the ultimate longitudinal strength of hull girders under combined waveloads can be of particular importance especially for ships with large deck openings and low torsional rigidity. In such cases the horizontal and torsional moments may approach or exceed the vertical bending moment when a vessel progresses in oblique seas. This paper presents a direct calculation methodology for the evaluation of the ultimate strength of a 10,000 TEU container ship by considering the combined effects of structural non-linearities and steady state wave induced dynamic loads on a mid ship section cargo hold. The strength is evaluated deterministically using non-linear nite element analysis. The design extreme values of principal global wave-induced load components and their combinations in irregular seaways are predicted using a cross-spectral method together with short-term and long-term statistical formulations. Consequently, the margin of safety between the ultimate capacity and the maximum expected moment is established.     

集装箱船整船结构三维有限元强度分析方法研究

以3800TEU集装箱为例，用二维切片理论进行了波浪长期预报，并在此基础上导出等效波组，在整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。文中叙述的整船结构有限元分析方法，也可以用于其他类型船的整船结构分析。     

6750箱集装箱船非线性波激振动和颤振响应分析

本文采用三维时域非线性水弹性方法分析了一艘6750箱集装箱船的水弹性响应以及运动和垂向弯矩特征。通过考虑入射波力、静水恢复力、砰击效应的非线性,研究了在恶劣海况下船体的非线性运动和垂向弯矩响应,同时分析了波激振动及颤振对垂向弯矩的影响。数值计算结果表明:(1)非线性入射波力对运动的影响较小,但是对垂向弯矩的影响较大,使得其有明显的倍频成分,同时中垂弯矩显著大于中拱弯矩。另外,非线性入射波力也引起了明显的非线性波激振动;(2)非线性静水恢复力对运动和载荷的影响均较大,但是没有引起明显的非线性响应。非线性计算的垂荡响应小于线性结果,而纵摇和垂向弯矩响应大于线性结果;(3)砰击效应对运动的影响较小,但对垂向弯矩的影响较大,砰击效应引起了显著的船体弹性高频振动,增大了载荷幅值,但是其引起的合成中垂和中拱幅值相差不大;(4)非线性水动力的作用主要引起垂向弯矩的倍频响应,包括倍频可能引起的二节点垂向弯矩弹性共振,而砰击效应主要引起船体二节点垂向弯矩共振;(5)本文的非线性水弹性响应计算结果与Kim给出的数值计算结果吻合很好。     

破损舰船运动与波浪载荷预报方法

为了研究舰船舱室破损对船体运动与波浪载荷的影响,采用三维频域势流理论,计算了发生第二类舱室破损后舰船在斜浪规则波上的运动与垂向弯矩。以一典型破损情况为例,计算了船舶破损后的浮态及稳性,并与破损前进行了比较,结果显示,横摇运动及垂向弯矩明显增加,而其它5个自由度运动则有所减小。基于船舶静力学原理,分析了舰船破损对浮态及稳性的影响。最后,使用格林函数法研究了舱室进水导致的液舱晃荡,结果表明,液舱晃荡附加质量在某些频率附近有明显的共振效应,必须通过阻尼系数考虑流体粘性的影响,避免产生非物理结果。     

特定航线江海通航船波浪载荷研究

为了能对江海通航船型的结构强度进行合理评估,根据载荷第一原则,按特定航线所在的E1海区的波浪统计资料,对该海区船舶的波浪载荷进行了系统研究,并给出了航行于该海区江海通航船的波浪附加弯矩、波浪附加剪力、波浪水平弯矩及波浪扭矩的长期预报值.本文的研究结果已纳入中国船级社《特定航线江海通航船检验指南》中,对特定航线江海通航船的发展起到了积极的推进作用.     

船舶结构极限波浪弯矩统计特征的一致性定义

在船舶结构界可靠性方法已得到越来越广泛的应用。在进行现有船舶的可靠性分析或对新船制订可靠性设计规范时，必须要首先确定能力与载荷的统计特征。对于船舶结构来说，波浪弯矩是主要的载荷，极限波浪弯矩的统计特征对极限强度的可靠性分析十分重要。但是，通过研究发现，不同的文献中给出的用于确定极限波浪弯矩统计特征的概念和方法并不一致，这一差别可能对了随后的船舶结构可靠性分析和设计有一定的影响。本文旨在对船舶结构极限波浪弯矩统计特征的一致性定义作一些讨论，以期澄清一些概念。