船体主要载荷效应的随机组合

基于静水载荷的时间变异性,导出了一种静水载荷效应与波浪载荷效应组合的新方法. 同基于FBC (Ferry Borges Castenhete)模型或随机过程的上跨率的组合形式相比较, 此新方法的概念更清晰, 计算更容易实施. 考虑到规范中给定的最大允许静水载荷效应对应的普遍接受的超越概率水平, 以及静水载荷过程跨越某一固定水平的概率的上界特性, 规定静水载荷过程超越二十年最大允许载荷效应的概率为确定载荷效应特征值的概率水平. 经过这样处理, 避免了载荷效应特征值的过高估计. 通过数值分析检验方法的有效性, 结果表明本文的方法可以得到组合载荷效应特征极值的一致估计.     

离岸结构所受到波浪载荷与风载荷的组合

给出了确定波浪载荷及风载荷组合特征值的一种新方法,其目的就是要估计波高与风速的非高斯性及相关性对组合载荷特征值的影响。利用Terada的矩估计法,确定组合载荷的统计矩、组合载荷过程导致的方差及波浪载荷与风载荷的相关系数。采用Winterstein的以矩为基础的上通率估计法,确定组合载荷的上通率及极值,数值例题展现了波高及风速的非高斯性及相关性对组合载荷特征值的影响,结果表明忽略非高斯性及相关性会导致组合载荷特征值的低估。     

船体结构疲劳载荷计算中几个重要参数的探讨(英文)

基于线性累积损伤原理的船体结构疲劳强度评估方法已经在各种民船结构的设计规范中得到了广泛的应用,但其中疲劳载荷的计算方法和主要参数差别较大,导致结构疲劳寿命的评估结果具有一定的分散性。文中利用长期疲劳应力范围的Weibull分布和S-N曲线方法给出的结构疲劳寿命谱分析计算公式,通过理论分析和数值计算,分析了对结构疲劳损伤贡献率最大的长期应力范围所对应的超越概率水平,以及S-N曲线反斜率对该超越概率水平的影响。研究了不同超越概率水平下形状参数对结构疲劳寿命的影响,讨论了疲劳寿命对超越概率水平、形状参数和S-N曲线反斜率的敏感性。文中给出的一些结论对国际船级社协会正在进行的共同油船和散货船结构规范协调性研究具有参考价值。     

风载荷作用下的操纵性研究

为研究某水面舰船在一定风载荷作用下的操纵性特点,基于Matlab软件平台和模型试验,构建了静水和考虑风载荷作用下的三自由度MMG操纵性方程,对静水和风载荷作用下的操纵性进行数值预报。通过静水中数值预报结果与试验值的比较,发现仿真值与试验值吻合度较好,从而验证了该方法的可行性。将风载荷作用下的结果与静水中的数值预报结果进行对比分析,结果表明,无因次回转直径、无因次战术直径、速降、无因次横距等回转运动参数都要小于静水中预报值,回转角速度基本与静水预报值一致,无因次纵距要大于静水中的理论预报值;初转周期、超越时间、第一超越角以及第二超越角等Z形运动参数值都要大于静水中预报值,由此可知风载荷对该水面舰船的操纵性相较于静水具有明显的影响,同时该数值预报方法可为工程应用提供借鉴。     

C型独立液舱疲劳载荷及工况组合研究

对C型独立液舱的疲劳载荷及工况组合进行了讨论，结合C型液舱的设计原理，给出了疲劳计算工况及组合因子，基于修订版IGC定义的三维加速度椭球法给出了对应最大应力幅值的疲劳载荷计算方法，并介绍了IACS推荐使用的载荷分布模型。对于C型独立液舱结构抗疲劳设计具有重要参考意义。     

基于切片理论的波浪载荷直接计算

提出了波浪载荷直接计算方法。该方法基于线性切片理论,在频域范围内进行。通过水动力分析得出波浪载荷的响应幅值算子,采用统计方法对波浪载荷进行长期预报,并将线性波浪载荷预报结果进行非线性修正,以模拟实际波浪载荷的非线性效应。最后以某一船型为例,结合IACS推荐的波浪谱和波浪散布图以及超越概率,采用该方法进行了计算并将计算结果与规范值进行了比较。     

基于概率破舱的载荷计算方法及弯曲剩余强度分析研究

基于NAPA软件对某甲板货船进行建模分舱,计算了船舶概率破舱后三个初始工况下所有破损组合的弯矩值,并采用VB编程语言产生最大弯矩包络曲线;对破损后船舶的弯曲剩余强度进行了确定性分析研究,分析并得出了满足许用应力时舷顶和舭部所允许的最大破损范围。概率破舱载荷计算结果较为安全可信,且弯曲剩余强度分析方法对船舶破损时强度的判断有一定的参考作用。     

考虑腐蚀影响的船体梁极限承载能力时变可靠性分析

对考虑腐蚀影响的船体梁极限承载能力可靠性进行了研究。船体梁的“失效”,定义为静经矩和波导弯矩的组合值超过体梁的极限承载能力。船体梁极限承载能力的计算基于简化的梁渐进崩溃分析方法,其中板的有效宽度选用Ｇｕｅｄｅｓ Ｓｏａｒｅｓ公司＾「１」,梁柱承载能力计算采用Ｈｕｇｈｅｓ公式＾「２」。应用Ｆｅｒｒｙ－Ｂｏｒｇｅｓ方法对静水弯矩和波导弯矩进行组合。由于失效函数为隐式,采用响应面法计算船体梁失效概率。对     

集装箱船等效设计波法中疲劳载荷概率系数的确定

为了在应用等效设计波方法时将船体梁载荷规范包络值、运动包络值、加速度包络值转换为疲劳评估载荷,需得到疲劳载荷概率系数这一重要参数。采用基于三维势流理论的水动力计算软件,分析多型集装箱船不同航速及超越概率的载荷长期预报值,得到用于疲劳评估的疲劳载荷概率系数的直接计算值。对直接计算值进行回归分析,拟合出各载荷的概率系数简化公式。结果表明,简化公式比较理想。     

大型集装箱船在斜浪工况下的扭矩特征研究及结构强度分析

随着大型集装箱船的发展,针对斜浪条件下扭矩载荷特性及其结构强度的分析研究日益重要.本文采用选定的某大型集装箱船开展动态载荷(DLA)分析,建立了水动力湿表面计算模型和质量模型,研究基于扭矩传递函数和主要载荷控制参数的斜浪设计波参数确定方法,分析超越概率水平对扭矩载荷计算结果的影响.考虑典型斜浪参数和超越概率水平,分析对比DLA扭矩与船舶规范(ABS和HCSR)扭矩的差异及原因,提出集装箱船扭矩载荷计算与应用的建议.在此基础上,选定3个斜浪计算工况(45°,60°和75°)开展结构强度分析,通过分析应力计算云图,研究扭矩载荷下船体结构响应的关键位置及其应力趋势.该研究可为大型集装箱船结构设计过程中船体梁扭转强度计算、舱口角隅设计、抗扭箱强度评估等方面提供有益的参考.     

自升式钻井平台X-型悬臂梁许用载荷云图设计方法研究（英文）

The extending of a cantilever and transverse moving of a drilling floor enable the jack-up to operate in several well positions after the Jack-up has pitched. The cantilever allowable load nephogram is the critical reference which can evaluate the jack-up's drilling ability, design the cantilever structure and instruct a jack-up manager to make the operations safe. The intent of this paper is to explore the interrelationships between the cantilever position, drilling floor and the loads including wind force, the stand set-back weight etc., through analyzing the structure and load characteristics of the x-type cantilever and the simplified mechanics model with the restriction of the maximum moment capacity of the cantilever single side beam. Referring to several typical position designs load values, the cantilever allowable load nephogram is obtained by using the suitable interpolation method. The paper gives a method for cantilever allowable load design, which is proved reliable and effective by the calculation example.     

水力式升船机单井塔柱内对拉钢索优化布置

单井型塔柱结构极大改善了水力式升船机竖井水位同步性问题,但随着提升高度增大,竖井内水深越大,侧壁位移、弯矩过大等问题更加突出。以150米级单井塔柱为例,提出了竖井内布置对拉钢索的设想和简化布置方案。基于钢索拉力权重分配系数的优化方法,取得了钢索等应力的密度分布最优解,并离散转化为等效的等荷载布置方案,可在实际工程中应用。经有限元模型结果对比分析,等荷载布置与简化方案相比,最大位移可减小47.44%,纵竖向弯矩极值差别不大。与无钢索方案比较,最大位移、纵向弯矩、竖向弯矩可分别减小93.5%、74.36%、75.84%。高强钢索预应力方案值得进一步研究。     

Structural reliability of two bulk carrier designs

The paper aims at quantifying the changes in notional reliability levels that result from redesigning a traditional single-hull bulk carrier to become a double-hull structure. The probability of failure is calculated using a first-order reliability method. The evaluation of the wave-induced load effects that occur during long-term operation of the ship in the seaway is carried out. The still water loads are defined on the basis of a statistical analysis that accounts for the ship type. The ultimate collapse bending moment of the midship cross section is used as the basis for the reliability formulation. It is shown that by introducing the double-hull in the bulk carriers their level of structural safety can be increased up to values typical of tankers. Additionally, the time-dependent degrading effect of corrosion on the ultimate moment is also taken into account in the reliability assessment of bulk carriers.     

船体结构直接计算法中垂向波浪弯矩的确定

根据极值统计学原理，论证了长期特征最大值和长期极值特征值之间的关系，即当弯矩循环次数充分大时，最可能极值即为特征最大值，设计极值即为设计最大值。根据这一结论，提出了一种估算船舶垂向非线性波浪弯矩长期特征最大值的简便方法，使计算大为简化。     

新型浮式平台波浪载荷分析与结构强度评估

为优化浮式平台结构型式，确定波浪载荷分析方法及特征载荷选取，并应用于新型浮式平台的波浪载荷分析与结构强度评估。结果表明，型式优化的平台运动特征载荷响应幅值算子（Response Amplitude Operator，RAO）可有效避开作业海域的极端海况，为海洋结构物的型式设计、波浪载荷计算与结构强度评估提供参考。     

半潜式起重船波浪载荷预报

采用数值分析软件Sesam/HydroD对某半潜式起重船在航行状态和起重作业状态下的波浪载荷进行长期预报和短期预报.在航行状态下,预报得到的最大波浪弯矩和剪力分别为规范值的1.4倍和2.0倍,用于进行结构疲劳评估(超越概率为10-2)的波浪弯矩最大预报值约为用于进行结构强度评估(超越概率为10-8)的波浪弯矩最大预报值的20％.在起重作业状态下,预报得到的波浪弯矩最大值约为航行状态下的15％.预报得到的波浪载荷结果和船舶运动响应结果可应用到船体结构强度和疲劳分析中,供船舶设计参考.     

非线性混合海况下近海风机塔筒底部载荷的动力响应

本文主要研究在非线性混合海况(即风浪和涌浪组合海况)下,以NREL 5MW_Baseline Monopile近海风机为研究对象,对其塔筒底部(基线)所受到的剪力和弯矩载荷的动力响应进行仿真。在近海风机的时域仿真中,选用了Ochi-Hubble六参数波浪谱,并编制了该谱的程序嵌入到FAST中进行编译。计算过程中,共进行了20次10 min的仿真分析。对于得到的短期载荷,给出了波高程,塔筒底部首尾向剪力和弯矩在线性与非线性不规则波作用下的时程曲线对比图。采用分块最大值法对每一次的短期载荷提取极值,并基于20次仿真所得的极值,给出了塔筒底部首尾向剪力与弯矩在线性与非线性不规则波作用下的超越概率曲线对比图。研究表明,在非线性混合海况下进行近海风机塔筒底部载荷的动力响应研究,计算结果对工程实际应用具有指导意义。     

海船结构的总纵强度可靠性分析

本文在研究船舶结构总纵度强度的外载荷和结构能力的概率模型的基础上,应用结构可靠性原理中的全概率法和改进的一阶二次矩法编制了计算程序。通过对5艘实船的计算,分析了这些船舶的实际安全水平,特别,根据ZC规范要求的最小强度的最大载荷作了可靠性分析,得出了这5艘船的最低安全水平。在改进的一阶二次矩法计算的基础上,给出一种与传统的确定性设计方法形式相似但比其更为精确的安全设计条件及其相应的强度减小因子和载荷放大因子计算方法,供结构直接设计强度校核所用。     

水下爆炸载荷的统计特性

为研究水下爆炸载荷的概率密度,选取炸药密度、水密度作为随机变量,基于乘同余组合发生器,利用Fortran语言编写随机数生成程序,产生100组随机变量的样本;采用有限元程序LS-DYNA对水下爆炸冲击波进行仿真计算,得到冲击波的峰值压力;并检验其是否服从正态分布,验证最大熵法程序的正确性,采用最大熵法拟合其概率密度函数,研究爆炸载荷的统计规律,得到不同爆距,不同时刻的冲击波峰值压力的概率密度.该方法可较好地解决爆炸载荷的随机数理统计模型,为进一步进行结构的可靠性分析提供理论依据.     

Long-term prediction method for the green water load and volume for an assessment of the load line

 To develop a practical prediction method for the green water load and volume on the bow deck in irregular waves, model tests were conducted using a tanker and a cargo ship on a domestic Japanese voyage. The relation between green water load and relative water height at the stem was considered. Based on the finding that the maximum value of the green water load is proportional to the square of the maximum value of the water elevation over the bow top, the probability density functions of the green water load and volume in short-term predictions were proposed. It was verified that the proposed functions show good agreement with the measured distributions, especially in the tails, and were better than conventional functions. Using these functions, long-term predictions of the green water load were carried out. It was confirmed that the present method is more rational than the conventional one for estimating the long-term probability of the green water load. An assessment of the bow height of a domestic Japanese ship from the viewpoint of deck wetness was carried out using these prediction methods. This research was used as the technical background for the revision of domestic rules on load lines, which was enforced in October 2001. Received: July 19, 2002 / Accepted: October 30, 2002 Acknowledgment. Some of the present study was carried out as part of a cooperation project (RR45) with the Shipbuilding Research Association of Japan, supported by the Nippon Foundation. Address correspondence to: Y. Ogawa (e-mail: ogawa@nmri.go.jp)