CCS发布《极地船舶指南》

正极地水域地理位置独特,环境条件特殊,船舶在极地水域航行时,因冰和/或寒冷气候,以及其他不可低估的条件,存在附加风险,降低船舶的安全,比如船—冰碰撞影响船体结构强度,寒冷气候可能导致船舶稳性减弱、引起管路冰冻、航行设备失效和船员执行力下降等。CCS已颁布了船舶冰区加强和船舶防寒的规范要求,构成完整的船舶规范体系。本次《极地船舶指南》旨在为实施CCS冰级规范和防寒规范、IMO《国际极地水域操作船舶规则》提供技术指导,保障极地航行船     

冰载荷作用下船体结构强度有限元分析方法

针对船舶在冰区航行过程中船体承受冰载荷的直接撞击作用,存在结构损坏风险的情形,旨在研究建立冰载荷作用下船体结构强度有限元分析的技术实施方法.分析船—冰相互作用特点,研究结构分析时冰载荷的理想化及施加方法,基于冰区船舶结构特点提出极地船舶有限元建模方法,考虑线性和非线性分析方法的差异研究结构强度校核准则,在此基础上,构建线性和非线性有限元分析方法在极地船结构强度分析过程中的实施方法和技术途径.通过实船结构船首和船中结构强度分析的计算验证,该方法具有较好的可操作性,可为极地船舶的结构强度分析提供参考.     

艉部先行模式下的船-冰碰撞载荷模型试验研究

双向航行极地船舶带来了艉部先行的全新冰区航行模式,然而现行冰级规范中针对艉部区域的设计冰载荷及结构加强水平仍存在着较大的分歧。以我国双向破冰极地科考船雪龙2号为原型开展冰水池物理模型试验,对艉部先行模式下船尾与巨型浮冰的碰撞进行模拟。在碰撞过程中船体冰载荷由粘贴在船尾表面的触觉传感器测得。通过艉部碰撞载荷测试数据,建立了以船体区域因子为基础的艉部区设计载荷评估依据。通过对不同超越概率下艉部区域因子的考察,最终推荐IACS或DNV的建议值,用于双向航行极地船舶的艉部区结构强度设计。针对不同冰级规范艉部区域因子取值的差异,通过讨论设计极限状态与冰条件之间的对应,指出区域因子与极限状态的潜在关联。     

极地冰区船舶发展分析

分析了极地冰区船舶发展的背景,对极地航道、资源开发等因素等进行论述,认为发展极地冰区船舶是未来船舶行业发展的重要方向。研究了与极地航行船舶相关的规范、规则的发展情况,认为规范和规则对极地冰区船舶的运行安全和减少排放等要求日趋严格,各船级社对极地船舶的设计要求和验证方法逐渐统一。介绍了当今世界主要的破冰船船型及动力系统,并对极地冰区船舶的发展特点进行分析。     

基于环向裂纹法的冰激载荷船舶运动响应研究

为保证船舶在冰区安全航行和船上机械设备安全，需要考虑冰激载荷特性引起的船舶运动响应问题。论文以一艘极地运输船作为研究对象，采用基于半经验公式的数值方法模拟连续破冰情况下船舶所承受的冰载荷，求解冰区船舶在平整冰区域直航过程中由冰载荷冲击引起的运动响应，计算分析横荡、纵荡和垂荡3自由度冲击加速度，同时基于中国船级社规范，选取PC3冰级，计算规范要求的冲击加速度，将两者计算结果进行对比，揭示了在不同冰厚、弯曲强度和船-冰摩擦系数下加速度的变化趋势。此数值模拟方法对冰区船舶设计与冰区航行具有一定的指导意义。     

极地航行船舶及海洋平台防冰和除冰技术研究进展

极地具有气候环境极端恶劣、海气交换强烈、湿度很大等特点,在此航行(或冰区航行)的船舶和海洋平台结构表面极易形成覆冰,它不仅影响设备操作,更直接威胁到船舶和海洋平台的安全。对国内外极地航行船舶及海洋平台防冰和除冰技术的现状进行综述。首先,介绍覆冰对极地航行船舶及海洋平台不同部位的影响和危害程度。然后,归纳和分析国内外现有防冰和除冰方法与技术,包括电加热、红外线、超声导波等主动除冰方法,以及超疏水涂层、牺牲性涂层、水润滑涂层以及低交联度界面滑移涂层等被动除冰方法。最后,总结现有防冰和除冰技术在极地航行船舶及海洋平台上的适用性及优缺点,为极地航行船舶及海洋平台的防除冰设计提供参考。     

冰载荷作用下乙烯运输船结构强度评估

对乙烯运输船在北极航区航行时海冰对船体结构带来的影响进行研究,评估舱段结构强度.以某乙烯运输船为例,根据IACS于2007年出版的《极地冰级规范》(Polar Class)指定冰级,分析冰区船舶所受外载荷,设计加强所选液化气船货舱区结构;采用MSC.Patran/Nastran建立三维舱段模型,进行计算分析,评估货舱段船体结构强度,确保冰区航行船舶结构的安全可靠性.     

极地油船结构增重及其对经济性的影响

以某型满足PC4级的11万吨级极地航行原油船为研究对象,在分析冰区设计载荷的基础上,分别采用规范计算法和直接计算法对冰带区结构进行强度评估,并分析冰区结构质量增加情况.在此基础上,探索性研究PC1～PC7冰级对冰带区结构质量的影响,以及结构增重对船舶经济性的影响.研究成果可供极地船舶设计参考.     

破冰船舵设备载荷计算方法

随着全球变暖,冰川消融,极区通航不仅为极区能源开采带来了极大便利,同时大大缩短了欧美与亚洲的航线距离。冰区航行中的船舶安全逐渐成为船舶设计建造时需首要考虑的因素。本文根据极地船舶航行特点,结合国内外行业规范对冰区船舶舵系设备的相关要求及载荷计算方法,运用冰/水动力学理论,研究舵系设备在冰带作用下的载荷算法,并运用有限元法对比了冰区与常规海况下舵设备的结构响应差异,可为实际冰区舵系设备的设计提供一定参考。     

极地自破冰科学考察船防寒设计研究

针对当前我国在极地船舶防寒设计技术方面较为薄弱的现状,通过梳理相关规范对于防寒设计的要求,明确船舶在低气温区域航行时,遭受积雪和冰冻等影响后可能存在的风险,理清船舶防寒设计需要考虑的各类对象,研究分析各类防寒措施的分类及其应用范围,并且明确了涉及推进操作以及人员与船舶安全等方面的设计对象和常规工作相关的设计对象之间应用防寒措施的区别;基于上述研究形成了极地自破冰科学考察船相对完整的防寒设计方案,为我国后续新造极地破冰船的设计与建造提供参考。     

极地破冰科考船建造关键技术

为系统性解决未来中国极地船舶建造工艺瓶颈，该文总结了“雪龙2”号建造过程中“冰、寒、科考”的一系列工艺技术难题，从总装厂建造工艺出发，梳理了破冰结构建造、御寒技术设计及极地科考设备安装调试等方面的关键点，取得了极地破冰科考船建造关键技术的突破；提出了结构建造技术优化、防寒系统设计等方面要点；初步构建起面向极地破冰科考船全寿命周期的精细化建造工艺技术体系，并就重型破冰船开展了建造技术预研攻关，提出了下一步研究方向。     

极地船轴系的强度设计分析

极地船舶的开发是我国极地战略目标的重要支撑部分，而船舶的动力心脏——推进系统的强度设计因极地冰区的多工况航行变得更为复杂。为保证船舶在极地航行的可靠性和安全性，该文介绍了DNV船级社关于极地船轴系强度的基本设计理念和相应的规范要求。关于冰载激励对推进系统设备的影响，DNV基于其经验推荐了1种考虑柴油机气缸激励和冰载激励相位角的数字解决方案。文中应用DNV开发的Nauticus Machinery软件对某PC4级别的冰区船舶轴系分别进行了时域和频域扭振计算，然后采用Palmgren-Miner线性累积疲劳方法进行了该轴系尺寸的合规性分析，并对时域分析结果和频域分析结果进行了比较。针对极区船推进轴系的强度设计，文章提出了1种迭代方案来进行轴系的尺寸设计及优化。     

极区船舶冰带构件极限载荷评估

弹性设计准则下,极区船舶通常需要过度的结构加强以确保航行安全。若采用极限载荷设计准则,考虑结构的塑性承载能力,利用一部分屈服点之后的强度储备,则能大大减轻结构重量。本文以中国船舶及海洋工程设计研究院（MARIC）研发的某20000吨级PC5级极地多用途运输船为目标船型,基于IACS URI规范关于冰载荷及相应计算工况的要求,进行了非线性有限元分析。基于计算结果,工程计算推荐100mm×100mm的网格尺寸,材料定义推荐使用理想弹塑性材料。通过对比不同极限载荷准则,认为两倍弹性斜率准则相对更适用于船舶构件。研究成果可为极区船舶结构的设计与强度验证提供参考。     

基于频域分析的冰载荷激励下推进轴系扭振计算方法研究及工程软件开发

受全球气候变暖的影响,极地/冰区航线将在可预见的时间内成为一条连接太平洋和大西洋的新航道。在极地/冰区航行技术的研究中,冰载荷激励下推进轴系扭振计算方法的建立是该轴系设计的关键因素。论文开展了3种冰载荷工况下螺旋桨桨叶激励分析,利用Fourier变换将冰载荷时域(以螺旋桨旋转角度度量的)激励信号转化为频域激励信号。并提出在变速系统中将螺旋桨激励谐次与幅值转化为与柴油机转速相同当量系统的方法。基于冰载荷激励研究与分析成果,开发了基于频域分析的冰载荷激励下推进轴系扭振工程计算软件。这项研究为我国自主开展极地/冰区航行船舶推进轴系的研究和设计奠定了基础。     

极地船舶发展现状及研制趋势

正极地区域发展的未来,从极地船舶发展现状及发展研判中可见一二。极地是世界各国未来发展必争的战略空间。当前,国际极地事务正在发生着深刻变化,北极地区进入了开发利用的准备期,南极地区围绕资源开发的竞争暗流涌动,冰区航行的极地船舶技术发展问题也成为了极地区域发展的战略问题。本文通过对极地船舶发展现     

极地破冰型阿芙拉油船的线型设计

为开发PC6冰级的阿芙拉油船线型,总结归纳极地水域航行船舶规则中对PC型极地航行破冰船舶的要求,探究破冰线型的基本特点。在常规Aframax油船线型的基础上,设计两型不同形式的满足PC6要求的线型,按照规范计算包括原线型在内的三型线型的有效冰载荷,计算各线型在开敞水域设计航速下的快速性,对比计算结果,综合分析,确定满足要求的PC冰级Aframax油船线型。     

基于船基海冰参数现场测量的极区船舶结构冰激疲劳损伤分析

论文建立了一种极区船舶结构冰激疲劳评估方法。基于极地科学考察船在北极现场的测量数据，分析得到海冰的统计特性；由冰厚和航速的联合概率分布，得到极区环境航行的典型工况。采用离散元方法建立船-冰作用模型，获取不同工况下船首局部区域的冰载荷分布。将局部冰载荷施加在船首有限元模型的对应区域，采用插值方法计算热点区域应力幅值和循环次数。根据累积疲劳损伤理论，将各工况的疲劳损伤叠加，得到总损伤。为验证该方法的准确性，将船舶结构冰激疲劳寿命计算结果与英国劳氏船级社规范进行了对比分析。结果表明，该方法可很好地应用于极区船舶结构冰激疲劳设计。     

极地船舶冰区航行性能的试验预报技术发展现状

对于极地船舶而言，其设计建造必须依据先验性的冰区航行安全性能认识，而目前国际上可以借鉴的实船航行经验极度匮乏，这就必须借助有效可靠的预报方法。当前海冰力学与工程学的发展仍处于机理性探索阶段，因此，在理论方法与数值模拟上尚难以形成对冰区航行性能进行可靠预报的方法。据此，国际学术界和工程界已形成共识，冰水池模型试验是当前预报与评估船舶冰区航行性能的唯一可靠途径。文中从阻力、快速性与操纵性3个方面，对极地船舶冰区航行性能的试验预报技术发展现状进行介绍，并对其中的关键技术进行梳理，以期为业界充分了解冰水池试验测试技术提供借鉴。     

船舶结构冰载荷的监测识别方法及时空特性分析

冰载荷是主导极地船舶结构抗冰设计的环境载荷，对冰激应变的实船测量是获取冰载荷的重要途径。在我国北极科考期间，对“雪龙2”号极地考察船开展了冰载荷现场监测。论文基于对正应变测点布放位置敏感性的分析，合理制定光纤光栅传感器的安装方案，采用影响系数矩阵法对冰载荷进行识别。在此基础上，针对平整冰区冲撞式破冰工况下冰载荷的整体和局部时空分布特性开展研究。结果表明：肋骨腹板上靠近且垂直于外板的挤压正应变比平行于外板的弯曲正应变更适合于作为冰激应变的观测量；海冰沿船体表面擦碰及受船体下压作用而发生弯曲破坏，冰载荷在船体首肩部呈现自水线下潜至船底的整体空间移动特性；高压力区形状和面积变化不明显、组成部分缺失以及主次压力区转换等瞬时演变形式分别是海冰纯挤压、剥落和非同时挤压等局部破坏模式的外在表现。结果可为船舶结构冰载荷的监测识别技术与时空分布特性研究提供参考。     

不同类型层冰载荷作用下船首结构响应研究

由于北极地区冰情复杂,分布着大量无规则浮冰,因此极地运输船在航行过程中难免会与冰区浮冰发生碰撞,引起船体结构响应。本文基于Ls-dyna软件构建船水冰全耦合模型,对极地运输船舶与规则层冰和不规则层冰发生碰撞分别开展数值模拟,对冰厚和航速2种不同工况条件下的船首结构损伤变形及碰撞力均值进行对比分析。研究发现,不规则层冰载荷下引起的船体结构响应更为剧烈,碰撞力均值更大,为北极冰区运输船的航行安全提供了参考。