基于船体极限强度和碰撞剩余强度的HCSR对比分析

2013版HCSR对极限强度和船体梁载荷计算的诸多安全系数和公式做出了新的修正。第五章船体梁强度新增加针对船体梁剩余强度的计算和校核。本文基于Smith法,根据2013版HCSR中船体梁载荷计算公式和极限强度计算流程的规定,考虑材料屈服、结构单元屈曲及后屈曲的特性,应用Fortran程序设计语言编写船体极限强度计算程序,以某76 000 t散货船为例,对完整船体的极限强度进行计算,对碰撞状态下破损船体的剩余强度进行计算并校核承载能力。通过对比ABS和DNV规范中的碰撞模型,2013版HCSR指定的剩余强度校核公式及船体梁载荷计算公式中选取的校核公式更严格。     

破损船体的剩余极限强度分析

基于ABS和DNv规范关于剩余强度规范要求,对船舶碰撞与搁浅的破损部位和范围的假定,考虑了发生碰撞与搁浅破损后,其船体梁剩余有效剖面的非对称性和可能发生不同程度倾斜的情况,采用结构共同规范(CSR)中的逐步破坏分析方法和船体梁非对称剖面计算模型,分别计算了散货船和油船破损船体在两种破损模式和不同倾斜情况下的剩余极限强度,并对不同破损范围的影响进行了分析和比较。研究结果为协调结构共同规范(HCSR)的制定提供了有价值的参考。     

核发电船堆舱破损状态极限强度分析

对于核发电船而言,考虑到核反应堆的安全性问题,船体结构即使发生破坏,也要保证整体的强度,所以有必要针对破损后的船体梁进行极限强度分析。在船体剩余极限强度分析中,核反应堆舱所处舱段的极限承载能力是整个核发电船极限强度分析的关键。文章研究的重点集中在核反应堆舱段,在该舱段选取危险剖面进行剩余极限强度分析。同时,采用中和轴偏转的Smith方法对反应堆舱段进行破损船体极限强度计算,并结合HCSR规范对其进行评估。根据该核电船作业海域的海况资料,对其遭遇的波浪载荷进行长期极值预报,进而得出该船破损情况下的设计极限弯矩。结果表明,该船的设计极限弯矩满足规范中的要求,为基于规范的特定海域中的特定船型剩余强度评估提供参考。     

船体梁在循环载荷下的极限强度研究

在船体极限强度的研究中,对船体到达极限强度后的剩余承载能力的研究非常重要,其关系到船体结构的生命力设计,用于判断船舶破损情况下是否还能保持一定的自存能力,制定救援方案以及作为船舶在极端情况下安全性的判断依据。目前此类研究多是针对单次加载,而在实际海洋环境中,船舶会受到交变载荷的作用,如果超过弹性范围,会留下塑性应变,这些残留应变会影响船舶最终承载能力的大小。本文以逐步崩溃法为基础,用Fortran语言开发了计算程序,该程序可以得到船体梁在极限强度后的承载能力,同时通过递增塑性法来模拟循环加载带来的影响,并采用非线性有限元法进行对比验证。     

船舶搁浅于台型礁石场景极限强度解析预报方法

针对双层底油轮搁浅于台型礁石的事故场景,通过对船底构件结构损伤机理的分析,提出一套结合船底结构损伤程度推算方法和Smith方法,评估损伤后船体剩余极限强度的解析计算预报方法。研究中应用数值仿真技术,模拟了船舶搁浅过程中的结构损伤及搁浅后船体极限承载过程,并与解析预报方法的结果进行了对比。结果表明,文中提出的对搁浅损伤后船舶剩余强度的解析预报方法准确性较好,对船舶双层底耐撞性结构设计和安全性评估都有一定的指导意义。     

船舶碰撞和搁浅后剩余强度可靠性评估

在船舶发生碰和搁浅后,一方面是船体结构承载能力的削弱;另一方面是船舶浮态和外载荷分布的显著变化。基于这样的事实,本文给出了破缶船体外载荷和非对称弯曲极限强度分析方法,比较了基于横剖面模数和基于极限强度的剩余强度衡准,并给出了破损船体结构安全性评估的可行性方法。根据本文提出的方法,对６５０００ｔ散货船在完整状态以及碰撞和搁浅后的船体结构安全性进行了评估,并得了一些有意义的结论。     

船体结构极限强度模型试验技术研究

船舶结构的极限承载能力是反映船舶结构安全可靠的重要指标,历来受到船舶工程界的广泛关注;而模型试验技术对船体梁极限承载能力研究拥有重要的意义.本文首先对船体极限强度相似模型设计进行研究,提出了稳定性相似模型补偿的设计方法;接着结合多例经典船体梁缩比模型试验与非线性有限元数值仿真计算结果相结合的对船体梁极限承载能力进行预报的案例,分别从相似准则、弯扭组合极限强度、弯剪极限强度等几个不同的侧重点分别对各个案例进行了详细的总结分析;最后列举了本研究组曾开展的其他若干经典极限强度模型试验.为今后船体梁极限承载能力模型试验研究提供了参考.     

散货船碰撞损伤后的剪切极限强度

船体梁受到碰撞损伤后,必须有足够的剩余强度用以抵抗最大外弯矩,同时还需能够承受最大剪力.在众多类型的船舶中,散货船是一种抗剪能力较差的船型.对于其碰撞损伤后纵向剩余极限弯矩的研究已有较多的文献[2-7],而对于碰撞损伤后的剪切极限强度的研究目前还比较少.针对这一现状,本文的主要目的在于分析讨论散货船受到碰撞损伤后的极限承剪能力;分析结构几何尺寸,碰撞损伤形状以及边界条件等各种因素对碰撞破损船体抗剪能力的影响.为了方便起见,文中也给出了相应的回归经验公式.本文同时还推导了一个船体梁碰撞损伤后的初始屈服剪力计算公式.最后,本文以一艘散货船为例,计算分析其碰撞损伤后的抗剪能力,从中得出一些有益的结论.     

含裂纹损伤的舱段剩余极限强度研究

在船舶服役过程中船体结构经常会受到外部载荷因素产生裂纹,而降低船舶结构的承载能力。一直以来船舶研究者对含裂纹结构的强度研究都很重视。随着船舶设计理念的不断更新和船舶建造材料的突破,有关船舶上裂纹损伤的研究也越来越多。本文使用有限元分析方法以舱段结构为研究对象,考虑结构尺寸和裂纹特征的影响,开展含裂纹损伤的舱段剩余极限强度研究,获得了相关结论。根据得到的有限元结果,基于准牛顿法(BFGS)和通用全局优化法,提出了在弯曲、扭转荷载分别作用下考虑厚度影响的含裂纹损伤下的舱段结构剩余极限强度评估公式,为具有缺陷情况下的舰船用舱段结构剩余极限强度提供评估依据。     

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。     

船体梁极限强度的近似计算

船体梁的总纵强度是反映船舶结构安全可靠的最基本的强度指标。船体结构极限强度评估对于船舶结构初步设计、使用、维护和维修都非常重要，因此船体梁极限强度研究成为近几十年来船舶工程界的热点研究课题之一。到目前为止有两种典型的加筋板和船体梁的极限强度分析方法，它们是直接计算法和逐步破坏分析法。本文基于加筋板单元的平均应力应变曲线和逐步破坏分拆方法，提出了加筋板和船体梁极限强度的简化分析方法，考虑了初始挠度和残余应力对加筋板单元极限强度的影响。数值结果表明，采用本文简化方法得到的结果与有限元计算结果或其它逐步破坏分析结果比较符合。     

受损船体极限强度分析与可靠性评估

对预报船舶极限强度的解析公式作局部改进，使其更有效地用于评估或预报现代船舶剩余极限强度。将该方法同MVFOSM相结合，对一艘油船进行了完整船体（新建／老龄）与受损结构（搁浅／碰撞）极限总纵强度分析和可靠性评估及预报；某些结论可作为深入研究剩余强度理论或指导实船结构设计的参考。     

油船实际装载操作中应校核极限强度

由于船体梁极限强度校核值不需要经船级社认可批准,不必纳入装载手册,仅需在设计阶段进行校核。实际设计工作中设计者会根据各自的需要和经验在结构吃水从出港到到港全程设计不同的中间状态,产生不同的实际操作最大静水弯矩值,供设计阶段校核船体梁极限强度的实际操作最大静水弯矩包络值值不且唯一性。文章以某实船为例进行计算分析,发现中间装载过程对弯矩包络值影响较大,不同的中间过程会产生不同的弯矩包络值,若以其中某组较小包络值作为设计阶段船体梁极限强度校核值,同时在船舶营运实际操作中又不对此船体梁极限强度进行校核,会给实际营运的的船舶带来安全隐患。为防止出现这一问题,建议将船体梁极限强度校核值作为强度衡准放入完工装载手册用以指导船长实际操作,确保所有实际操作状态的弯矩不得超过船体梁极限强度校核值。     

基于TRIBON平台及数据库技术的船体总纵强度计算

提高船舶总纵强度校核计算效率，对缩短船舶设计周期和提高船舶设计质量具有重要意义。本文利用TRIBON船舶生产设计软件平台、ACCESS数据库技术、VBA技术完成TRIBON电子船型结构数据提取、船体结构数据库化处理、编制程序进行主船体总纵强度校核计算。     

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.     

船体结构极限强度研究综述

综述船舶极限强度研究现状,包括平板及加筋板及船体梁极限强度的计算分析方法,以及平板和加筋板、船体梁和实船极限强度试验研究。     

联合弯矩作用下含裂纹船体结构剩余极限强度评估方法研究

裂纹损伤对于船体结构来说难以避免,将削弱结构的极限强度,所以研究含裂纹损伤船体结构的剩余极限强度意义重大.对于含裂纹舱段结构,现有的研究主要针对垂向弯矩作用下的剩余极限强度,对于联合弯矩作用下的研究还很欠缺.本文采用非线性有限元分析方法,研究了垂向弯矩和水平弯矩联合作用下含裂纹舱段的剩余极限强度.提出了计算含裂纹船舯舱段在联合弯矩作用下剩余极限强度的计算公式,通过对含裂纹箱型梁的有限元计算结果进行拟合,得到公式中待定系数的表达式.研究结果表明,本文提出的方法可以快速预测船体结构在联合弯矩作用下的剩余极限强度.     

船体结构极限强度研究进展

综述了船体结构极限强度的研究现状,分析了加筋板、船体板架和船体梁极限强度的计算方法以及船体结构极限强度的试验研究。     

LNG船舷侧碰撞损伤场景下的极限强度研究

液化天然气(LNG)船的船体极限强度是衡量其安全性及环境适应性的重要指标。LNG船在受到撞击损伤后的安全性,不仅取决于船体结构的剩余极限强度,还取决于其围护系统中的绝缘箱能否在船体损伤状态下承受结构变形所引起的应力载荷。利用有限元数值仿真技术和ABAQUS软件,建立LNG船液舱围护系统以及舱段的有限元模型,模拟LNG船舷侧受撞击场景。在碰撞损伤基础上,对含有液舱围护系统的LNG船舱段开展极限强度研究,获取LNG船舱段结构的极限承载能力。研究发现在船体达到极限强度状态之前,液舱围护系统不会失效。     

基于剪流分布规律的节点力加载方式在船体结构有限元分析中的应用

船体结构强度评估是船舶建造与设计过程中的重要环节。本文在总结研究现有的船体结构有限元分析加载方式的基础上,提出基于剪流分布规律的节点力加载方式。对于为模拟船体梁载荷而在各剖面处施加的集中力以及为进行强度计算需在各剖面处施加的调整载荷,使用本文方法将其离散至单元网格节点处并于与加载,得到的结果符合船体梁弯曲时的应力分布规律,这对于正确进行船体结构强度评估具有重要意义。给出适用于计算机实施的规格化加载过程,以实现船体结构有限元分析的自动加载过程。