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。     

破损船体非对称弯曲极限强度分析及可靠性评估

在船体发生破损后,其剩余有效剖面是非对称的,船体还可能倾斜。本文首先对破损船体非对称弯曲进行了弹性和塑性分析,在此基础上假设了破损船体发生整体破坏时的剖面应力分布,给出了破损船体非对称弯曲极限强度分析方法,并采用了比较精细的方法计算加筋板格的屈曲极限强度。以箱型梁模型和超大型油船为例,将本文的计算结果与试验、ＩＳＵＭ法及解析公式的结果进行了比较。基于破损船体极限强度,结合重要性样本法,对６５,００     

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。     

破损船体极限强度非线性有限元分析

本文基于通用有限元系统,结合船体破损机理和初始缺陷处理方法,建立船体极限强度非线性有限元分析的完整框架.利用对水面舰船和双壳油船极限强度模型试验的比较验证,合理解决非线性有限元分析的关键技术,并对完整和破损船体极限强度进行非线性有限元法分析.然后,在模型试验和非线性有限元分析的基础上提出面向设计的适合破损船体和双向弯曲状态的船体极限强度分析的改进解析方法.     

破损船体剩余极限强度的影响参数与敏感度分析

在对破损船体剩余极限强度的影响参数进行分析的基础上,提出了一个对破损船体剩余极限强度影响大小的衡量指标-敏感度.根据这一衡量指标,逐一分析不同破损状态对破损船体剩余极限强度的影响程度.针对不同的船型,对破损船体剩余极限强度的影响参数进行了分析及计算,并给出了一条实船的计算结果,最后得出了一些有应用价值和指导意义的结论.     

基于完整船体极限强度和搁浅剩余强度的协调共同结构规范对比分析

文章基于Smith法,根据国际船级社协会发布的2013版协调共同结构规范(HCSR)中破损模型、失效模式和载荷模型,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76000吨散货船为算例,对完整船体的极限强度进行计算,对搁浅状态下破损船体的剩余强度进行计算并校核承载能力。通过在中拱和中垂工况下与其他规范的对比验证,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安全系数要求更高,校核更严格。     

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。     

破损船体的极限强度估算

采用全塑性一全屈曲应力分布和弹塑性应力分布两种模式相结合的分析方法.对破损船体的弯曲极限强度计算进行了公式推导.通过一个实船算例对破损船体的结构极限承载力进行了计算与比较.结果表明,本文解析方法与逐步破坏法结果相近,且具有较好精度,可以用来估算破损船体的剩余极限强度,在破损船体剩余强度计算中具有一定的应用价值.     

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。     

逐步破坏法破损油船剩余强度研究

基于IACS共同规范研制了逐步破坏法计算完整油船极限强度和破损剩余强度的程序.考虑了船体发生搁浅碰撞后,其剩余有效剖面是非对称的,船体还可能发生不同程度倾斜的实际情况,计算了双壳油船在不同破损情况下破损船体的剩余强度,并给出了实例及结果分析.     

损伤舰船结构安全性评估

损伤舰船的承载能力和环境载荷涉及许多不确定因素。为评估某舰损伤情况下的结构安全性,提出了基于极限强度和极值载荷的损伤舰船结构可靠性模型,分析了损伤舰船极限强度和极值载荷的统计特征,采用拉丁超立方抽样与条件期望和对偶变数相结合的方法进行可靠性分析。可靠性分析结果表明损伤舰船目标裕度可取0.75。     

Collapase analysis of ship hulls

This paper presents an efficient finite element procedure for the collapse analysis of ship hulls under complicated loads. A set of finite elements, such as beam-column elements, stiffened plate elements, and shear panel elements are developed, directly accounting for the geometrical and material non-linearities and initial imperfections.

Elastic-plastic stiffness matrices for elements have been derived by combining elastic large displacement analysis theories with a plastic hinge model. The buckling and post-buckling behaviour of plates is included using an effective width concept. The procedure is effective, since few mode-points are necessary and numerical integration for evaluating stiffness matrices is avoided. Fracture mechanics criteria are introduced in order to account for tension tearing rupture and brittle failure of the material.

Practical applications to ultimate longitudinal strength analysis of ship hulls and tanker collision analysis are presented. The procedure can also be used for collapse analysis of offshore and onshore structures.     

水下爆炸载荷作用下舰船结构极限强度研究

在对水下爆炸载荷作用下典型舰船结构损伤研究的基础上,分析了塑性变形和各种破口形状尺寸等受损情况下Nishihara箱形梁的极限强度,得出结论:有破口的箱形梁未必比有塑性变形的极限强度小,若中剖面破口长度相等,则破口面积越大极限强度越小。利用NAPA软件建立典型舰船的模型得出设计载荷并导入MSC.Patran划分网格、定义属性并施加载荷与边界条件,运用MSC.Dytran模拟水下爆炸载荷高瞬态非线性分析,通过MSC.Nastran与工程软件MARS对该模型进行极限强度非线性分析对比,提出了一种对真实爆炸损伤状态下的舰船结构极限强度计算方法,证明其运用于结构设计校核极限强度的有效性和安全性。     

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.     

Reliability analysis of ship hulls made of composite materials under sagging moments

An approach is presented to assess the reliability of ship hulls made of composite materials under sagging moments. Buckling, first-ply failure, and ultimate collapse are regarded as the three possible failure modes of ship hulls of composite materials under sagging moments. Reliability estimates were carried out by a combination of the first-order second-moment method and the response surface methodology. A ship hull of composite materials under sagging moments was evaluated and the results showed that the effects on reliability estimates of the model uncertainty in the longitudinal strength of the ship hull, the model uncertainty of the sagging moments, and the sagging moments were significant, whereas the influences of the stochastic characteristics of material elastic moduli were relatively unimportant.