水下爆炸载荷和随机风浪联合作用下破损舰船的运动及其倾覆概率计算

针对当前在水下爆炸载荷和随机风浪联合作用下,破损舰船运动及其倾覆概率的计算结果误差较大的问题,对其进行研究。分析爆炸冲击波传播速度对战斗状态舰船的影响,推导出战斗状态下舰船横摇幅度加剧程度,得到水下爆炸载荷的倾侧力矩,并研究稳定航行中舰船的航速与绝对风速之间的关系,通过理论力学建立破损舰船的横摇运动方程,得出随机风浪对航行中舰船的扰动力矩,基于现有的倾覆准则,计算出水下爆炸载荷和随机风浪联合作用下破损舰船的倾覆概率。通过实验,对该方法与传统方法的计算结果误差值进行对比。与传统计算方法相比,该方法所得到的结果误差明显减小。     

舰船船底破损后的外载荷和应力研究

以某舰船为例,用符拉索夫法计算了鱼雷在舰船底部非接触爆炸使舰体结构产生破损后由于进水引起的浮态和载荷变化,给出了鱼雷命中破损后波浪弯矩随不同破损部位、不同进水体积的变化规律。在此基础上计算了鱼雷爆炸使舰体结构产生破损后的应力。研究指出,计算破损舰船结构应力时必须同时考虑破损使结构承载力大大下降和由于进水引起的浮态和载荷变化对舰艇生命力的影响。舰体结构的正应力和剪应力都随着进水体积的增大而增大,鱼雷最危险的命中位置是船中和剪力最大处。研究对舰船生命力的评估有重要意义。     

近场爆炸载荷作用下某大型舰船结构剩余强度分析

近场水下爆炸载荷作用下舰船结构的毁伤效应及剩余强度问题一直是业内研究的重点内容之一。首先,对典型舰船设置近场水下爆炸工况,并结合通用FEM软件对近场爆炸载荷下的结构响应进行模拟。然后,根据近场爆炸产生的破口和塑性变形,对典型剖面剖面模数的损失进行分析,发现由近场爆炸引起的毁伤会导致剖面出现8%~10%的剖面模数的损失。最后,对破损舰船浮力重新分布后的波浪弯矩和静水弯矩进行计算,并结合军规对舰船在近场水下爆炸载荷作用后破损情况下的剩余强度进行分析。结果显示,在鱼雷的攻击下,该型舰船依然满足剩余强度要求。     

破损舰船抗沉方案实时计算方法研究

为了快速有效地进行损管操作,提出了一种根据破损舰船的实时状况来快速生成抗沉方案的计算方法。采用该方法进行计算不依赖于优化模型,而是首先建立舱室分类表,再根据舰船的破损状况,按照先导移载荷后对角灌注再排出载荷的逻辑顺序选择相应的舱室生成抗沉方案。通过实例计算,证实了采用的方法实用性强,适合在实船上应用。     

破损舰船剩余强度的可靠性评估方法研究

为了合理地评估破损舰船的剩余强度,基于可靠性方法,考虑剩余承载能力和外载荷的不确定性,给出了一种计算破损舰船剩余强度的方法.应用该可靠性评估方法和LR军规的确定性方法对某舰的剩余强度进行评估,计算结果表明两种方法的评估结论相吻合,且采用可靠性方法计算破损舰船的失效概率能更清晰地反映出舰船在破损情况下的残存能力,可以定量地给出海况、船体破损程度、浪向、航速等参数对残存能力的影响,是值得深入研究的方法.同时,还对破口尺寸的变化对剩余强度的影响进行了分析.     

水下爆炸及随机外力下破损舰船的倾覆概率分析

探讨了水下爆炸载荷和随机风浪联合作用下破损舰船的运动及其倾覆概率的计算.将爆炸载荷作用及平均风扰动力矩处理为定常横倾力矩,建立了爆炸载荷和随机风浪中舰船运动的非线性微分方程.结合扩维技巧,将横摇方程转化为五维Ito随机微分方程,应用Gauss-Legendre路径积分法给出随机扰动为白噪声时横摇角度的概率密度函数随时间的演变,按照现有的倾覆准则给出预报一定装药量下舰船倾覆概率的表达式.通过算例,计算了破损舰船不同装药量下不同时刻的倾覆概率,分析不同装药量对倾覆概率的影响.研究表明,此方法简便可行,并能在数量上预报破损舰船在水下爆炸及随机风浪下的倾覆概率,为进一步研究舰船倾覆及稳性横准提供有益的参考.     

破损舰船在波浪中的响应预报与试验研究

为研究舰船破损后在波浪中的响应,开展舰船在完整正浮状态以及破损后倾斜状态的模型试验。基于三维线性势流理论,使用三维频域方法对模型破损前后的响应做数值预报。与试验结果相比,数值预报结果符合较好,验证了预报方法的合理性。最后,通过与该舰船模型破损前的响应结果对比,研究分析破损对舰船在波浪中响应的影响。     

水密横舱壁在船体破损时承受浸水载荷的概率模型

在船体破损时，水密舱壁对提高舰船生命力起着关键的作用，实际上现有的水密舱壁设计标准都是按经验和惯例制定的，然而，舰船发生破损事故时，破损船体承受了很大的可变载荷和不确定载荷作用。因此。水密舱壁的设计应采用概率方法进行计算分析。为了更可靠地进行水密舱壁设计，着重研究了一种实船的水密横舱壁载荷概率模型。由此得到了船体破损状态下影响整个水密舱壁全部载荷和变形系数，特别强调的是要进行概率模拟。为此，采用了简单的现象表达式来描述水密舱壁栽荷的作用过程和随机性，在确定船体模拟参数时建议采用反应面分析法。以大型滚装船为例，在船体水线下有较大的破损时应用概率模拟法进行了计算分析。载荷的随机性考虑了船体的流体静力特性，受损部位、船体破损程度、受损事故发生的范围和持续时间，破损状态的环境条件、曲线拟合程度以及模拟误差。最后应用蒙特卡罗模拟法通过概率模型确定水密舱壁承受的最大载荷，并与现行标准规定的设计值进行比较，认为概率模拟是一种有效的确定水密舱壁破损载荷的方法。     

舰船主船体水线以下部分武器

采用符拉索夫计算法计算武器命中后的舰船浮态和外载荷的变化。以薄壁梁理论为基础，用迁移矩阵法计算武器命中后的舰船的内力，并以某舰船为计算模型进行了数值计算分析，找出正应力和剪应力随不同破口部位及尺寸的变化规律，从而为舰船破损后的剩余强度研究提供了依据。     

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。     

Global wave loads on intact and damaged Ro-Ro ships in regular oblique waves

A nonlinear time-domain simulation method is presented for the prediction of dynamic global wave loads on a Ro-Ro ship at zero speed in regular oblique waves in an intact and a damaged condition. Numerical computations and model tests have been carried to investigate the structural responses of Ro-Ro ship Dextra to various wave amplitudes at three different wave headings (DTR-4.1-NEW-12.98, DEXTREMEL project BE97-4375, 1998; DTR-4.2-NEW-11.99, DEXTREMEL project BE97-4375, 1999). The results of numerical and experimental investigations for stern quartering waves are reviewed. Comparisons between predictions and measurements for global wave loads at the midship section of the intact and the damaged Ro-Ro ship show that the agreement between the theory and experiment for dynamic horizontal and vertical bending moments is excellent. On the other hand, correlation between the predictions and measurements for dynamic vertical shear force is better than that for dynamic horizontal shear force. Nevertheless, the calculated torsion moment values are higher than the measured values. As the wave amplitude is not small, the positive and negative peaks of global wave loads are no longer equal to each other as found in both the calculations and experiments. The dynamic vertical global wave loads in the damaged condition are larger than that in the intact condition.     

有限水深中破损船舶的运动与波浪载荷研究

由于有限水深中船舶搁浅和触礁等严重破损事故频发,为了减少事故的发生,对有限水深中船舶破损后的运动及波浪载荷的研究显得十分必要。文章基于三维势流理论,引入有限水深自由面Green函数,在频域内使用奇点分布法对一艘首部破损进水的散货船在有限水深中的运动与波浪载荷展开了计算,并根据劳氏船级社规范做了短期预报。短期预报结果表明,该散货船破损进水后,船体所受垂向和水平波浪弯矩均比破损前有明显增加,且在较浅水深中变化更为显著。     

波浪引起破损船的垂向运动和弯矩（英文）

The wave-induced vertical ship motions and bending moments of a double hull-oil tanker in realistic flooding conditions are studied. The scenarios investigated are represented by water ingress into the starboard ballast tanks for collision damage cases and both starboard and portside ballast tanks for grounding situations. Seakeeping computations are performed for eight damage scenarios and for the intact condition, each corresponding to different changes in displacement, trim, and heel. For each of the damage conditions, transfer functions of vertical motions and loads are calculated using a potential linear 3 D panel hydrodynamic code in the frequency domain that includes effect of the motion of the water in flooded tanks. A MATLAB code is developed to facilitate automated hydrodynamic simulation of many damage scenarios. Verification of seakeeping results is performed by comparing transfer functions with results of the previous study. Wave-induced vertical responses of damaged ship are then compared to those of intact ship using two spectral-based methods originating from uncertainty analysis of wave loads, which are convenient tools to assess consequences of damage on short-term ship responses. Generally, observed trend is that vertical wave-induced responses of damaged ship converge toward those of intact ship with increasing wave period. Fairly small differences between responses of asymmetrically damaged ship with respect to the symmetrical incoming wave directions are found. The results of the study are an efficient method for seakeeping assessment of damaged oil tankers and the framework for evaluating consequences of damage scenarios, heading angles, and sea conditions on seakeeping responses of damaged ships.The results can be used to decide if the intact ship model can be used instead of the damaged one for the emergency response procedure or for the risk assessment studies when modeling and computational time represent important limitations.     

波浪中破损船舶的运动响应研究

波浪中破损船舶的运动会同时受到波浪激励和进出水的影响,而船体运动也会影响进出水过程,二者的相互影响机理十分复杂.本文重点研究波浪中破舱进出水对船舶运动响应的影响,文中首先基于势流理论建立了考虑破舱进出水的4DOF(横荡-垂荡-横摇-纵摇)相互耦合时域预报方法,在计算中假设舱内的液面水平,利用修正的伯努利方程模拟破舱进/出水,利用Ikeda's经验公式修正阻尼系数.然后以一艘ITTC破损稳性标模为例,研究了波浪中考虑破舱进出水的数学模型以及破舱进出水对运动响应的影响,并研究了不同自由度、破舱口位置对运动响应的影响.研究表明,本文基于势流理论建立的时域预报方法可以定量的预报破损船舶的运动响应.     

破损船体剩余强度衡准研究

本文研究了船体破损非对称淹水和刚度损失引起的船体外载荷变化,并利用破损船体非对称弯曲极限强度计算方法详细分析碰撞、搁浅和爆炸破损对船体极限强度的影响.然后基于破损船体极值载荷和极限强度,给出破损船体剩余强度衡准,并对破损船体临界海况进行预报.     

船模六自由度运动量的接触式测量

在系泊船模在波浪中的运动水工模型试验中,设计了一种试验测量仪器.该仪器可用于测量波浪作用下系泊船模的六自由度运动量.将6支拉绳式位移传感器固定在船模上方,每个传感器的拉绳均与下方的船模固定.船模晃动时会带动6根拉绳.根据6根拉绳长度变化和前一时刻船模的姿态,可以计算出船模运动的六自由度运动量.经波浪试验表明,该仪器可以很好地反应系泊船模的六自由度运动量,达到了预期的目的.     

某型舰船危险部位结构可靠性分析

在响应面随机有限元法和结构可靠性理论的基础上,利用有限元软件 Ansys建立某型舰船开口结构的梁板模型,采用改进的一次二阶矩法与分枝限界法、概率网络评估技术分析了开口结构在组合载荷作用下的可靠性。以结构的最危险点应力为输出变量,通过敏度分析忽略最大应力不敏感的变量拟和响应面方程。利用随机有限元和 CAE软件结合开展结构系统的可靠性研究,避免了大型结构寻找失效模式的困难,使可靠性分析的效率得到极大提高。     

大型水面舰艇生命力快速评估方法研究

大型水面舰艇的生命力评估对于预见风险,采取措施减小生命力损失,提高作战能力具有重要意义。针对其体积庞大的特点,从强度角度入手采用类似于损管的分块方法,将主船体分为若干区域,沿船长及高度方向设定不同分块的参数。随机模拟被击中的位置以及武器数量和种类,计算相应情况下的破坏程度。设立评判准则分析生命力损失的情况,并且计算发生概率。通过以上措施,初步形成了快速评估生命力的方法,可以迅速地对大型水面舰艇的生命力状况做出估计,便于软件实现和应用。     

多功能支持船波浪载荷研究

波浪载荷研究是船舶性能预报和结构安全评估的关键内容。文中利用势流理论直接数值求解多功能支持船遭受的波浪载荷(包括一阶波频力和二阶漂移力),利用统计方法得到波浪载荷的长期预报和短期预报极值,包括波浪总纵弯矩和垂向波浪剪力以用于后续的船舶整体结构安全评估,以及纵向漂移力、横向漂移力和首摇漂移力矩用于船舶的动力定位能力分析中。研究结果表明:求解波浪载荷的势流理论方法精确,能为后续的船舶性能预报和结构安全评估提供可靠的载荷输入。     

考虑雷达隐身性能要求的舰艇外形截面设计

舰艇雷达隐身性能设计是舰艇生命力设计的重要内容,直接影响其作战效果。舰艇雷达隐身最为有效的途径是进行外形隐身设计,而舰艇主要截面在雷达波各入射角下的雷达散射截面的大小将决定舰艇整体隐身性能的优劣。本文在介绍雷达隐身性能分析常用数值方法的基础上,研究了通过对不同截面外形的雷达散射截面计算,进而得到隐身性能较好的截面外形的设计方法。文中还进行了全船隐身设计和分析,并与常规设计相比较,验证了外形截面隐身设计的优越性。