薄膜型LNG船全船结构屈服和疲劳强度分析

以某薄膜型液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）船的结构设计为例，开展全船屈服强度校核和基于精细网格的有限元疲劳强度分析。针对5种典型装载状态，基于美国船级社（American Bureau of Shipping，ABS）全船强度直接计算指南，采用ABS-DLA/SFA系列软件，用三维波浪载荷预报程序对波浪随机载荷进行长期预报。基于预报结果，针对每种装载状态计算15个设计波参数组，求解全船结构在各载荷组合工况下的应力分布，继而完成屈服强度校核。以甲板机械室与穹顶甲板相交处的关键节点区域的节点设计为例开展细网格局部强度分析，并通过各种改进设计解决应力集中问题。针对2种常用典型操作装载状态及营运于北大西洋海区疲劳寿命满足40a的要求，基于ABS全船疲劳强度直接计算指南计算2个典型细化位置热点应力传递函数，通过谱分析得到疲劳累积损伤和疲劳寿命，完成疲劳强度校核。采用的全船强度和疲劳分析方法和思路适用于其他超大型船舶的结构分析。     

大型C型独立液货罐Y型接头疲劳强度评估

随着C型独立液货罐的新技术发展,目前在工业界推出了采用双体罐和三体罐构造形式的新颖大型C型独立液货罐。由于双体罐和三体罐构造的要求,在相邻罐体连接处设有Y型接头。该Y型接头位置处由于结构件交汇,构造复杂、应力集中,在船舶运动、蒸汽压力变化,以及温度变化的动载作用下有可能发生疲劳损伤。本文对新颖大型C型独立液货罐Y型接头疲劳强度评估方法的规范技术要求及制定开展了深入详尽的研究，包括对C型独立液货罐疲劳损伤计算工况择取，液货内部动压力计算公式推导，蒸气压力、温度变化等低周疲劳载荷模式确定等，创新提出一整套基于热点应力的C型独立液货罐Y型接头的疲劳损伤评估方法的规范实施要求。进一步地，还推导了基于一般实际情况假设下的C型独立液货罐Y型接头疲劳评估筛分准则，并应用本文上述研究成果和结论，进行了双体和三体罐Y型接头疲劳评估和筛分准则的应用与验证。     

C型独立舱三体罐结构强度有限元分析

根据《国际散装运输液化气体船舶构造和设备规则》的要求,借助ABAQUS软件,对某液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)船C型独立液货舱三体罐结构进行整体有限元强度分析。介绍了模型范围、载荷工况、边界条件和接触类型,并对局部高应力区域网格进行细化,对液罐结构的中面应力和表面应力进行校核。通过对结果进行分析,阐述三体罐的受力特点,提出改进意见,为罐体结构优化提供参考。     

船体折角型节点有限元细化分析的程序化方法

为更精确模拟折角型船体结构节点的应力分布，对折角型船体结构节点有限元细化网格进行了算法研究，用MSC／Patran的PCL语言，开发了相应的细化网格有限元分析工具，实现了折角型船体结构节点的网格划分和优化分析的快速化。该系统已成为中国船级社CCS—SDA系统细化分析工具的一个子系统。     

液化气船C型液罐有限元分析

液化气船液罐设计的主要内容是确定液罐的结构形式和尺度。利用ANSYS有限元软件,对3170m3的半冷半压式液化气船的双联C型圆筒液罐进行三维有限元分析。建立了液罐有限元三维结构模型,划分网格和加载载荷后,在一定液罐壳厚度下进行有限元数值计算,得出了液罐各部位变形分布云图和应力分布云图,提高了液罐的设计效率。     

LNG运输船C型独立液货罐鞍座加强计算研究

阐述了LNG运输船C型独立液货罐鞍座的结构特点,如何利用有限元分析校核鞍座加强的强度,并以一艘28 000m3 LNG运输船的C型独立双耳液货罐鞍座加强为例,分析有限元强度计算结果。     

C型独立液罐Y接头网格尺寸效应分析

针对板单元模拟Y接头存在的网格尺寸效应导致模型仿真失真问题,设计一系列双耳罐球形封头模型,以3层实体单元模型结果为基准,讨论板壳单元尺寸与厚度、半径以及圆心距的关系,提出了大型液罐Y接头最佳网格尺寸的经验公式,计算精度显著提高,有限元结果更加真实可信。同时研究Y接头处的薄膜应力和弯曲应力的特点,提出薄膜应力和弯曲应力的计算公式。     

C型LNG液罐与船体的连接结构研究

针对中小型LNG运输船C型液罐与船体的连接结构,从结构形式、温度场分布、强度分析校核三方面进行了分析和研究。对液罐鞍座处船体结构的温度场分析采用了不同的方法进行计算和对比。对液罐限位装置强度问题应用有限元计算软件,进行了连接结构和船体支持结构的强度分析。研究表明:连接结构和船体支撑结构的设计很好地将其温度和构件厚度控制在规范允许范围之内,避免采用特殊钢材,满足实际工程需求。这些结论对C型液货舱的设计具有一定的指导意义。     

特殊用途重载轴承滚子型线参数的优选设计

一种特殊用途轴承，在使用时存在边缘效应，局部应力较大，使用寿命较低。为此，建立了轴承的详细接触分析有限元模型并进行了验证。采用工程对数凸型对滚子型线参数进行优选设计，用python程序实现滚子节点网格参数自动更新，实现多方案的自动分析。对不同型面修型参数和滚子圆角半径进行了多方案计算，得到了优选方案，避免了边缘效应，并使轴承滚子和内圈应力下降15%以上，效果显著。     

螺旋桨自动化几何建模和网格划分技术

为了快速实现船用螺旋桨有限元建模,为极限强度分析和疲劳校核做准备,针对船用螺旋桨的结构特点,利用MSC.Patran前后处理器的二次开发技术,开发了1套螺旋桨自动化建模软件,定义了螺旋桨建模的型值表标准格式,实现了螺旋桨几何建模和网格划分的自动化.对某冰区加强螺旋桨进行了建模和计算,结果表明,系统建立的螺旋桨模型能保持良好的光顺效果和网格质量,满足计算要求.本文提出了基于MSC.Patran的螺旋桨自动建模方法,避免了传统手工建模中复杂和重复的工作,大幅提高了螺旋桨设计分析效率,具有重要的参考价值.     

基于视点的多分辨率地形LOD生成方法

总结LOD自动生成的一般算法,结合渐进网格模型与实际视觉效果中视点位置和角度对场景细节程度的影响,以与视点相关的因子作为简化标准,根据视点的参数对二叉顶点树的节点进行合并或展开调整模型各部分的细节层次。简化过程采用渐进网格结构,建立多层次LOD数据模型,有效地简化地形模型的绘制,提高了生成效率,使得生成的多分辨地形有较高的可视性和真实感。     

船舶燃油自动化测量的若干问题

本文叙述了目前船舶燃油舱柜内油料测量的现状以及存在的问题，指出自动化测量系统应按油舱柜形状和油料种类选用适合的传感器，此外对温度分布修正、油舱纵倾修正、及其计算方法等进行了讨论。     

独立B型LNG船液舱晃荡强度分析方法

为了保证液舱舱容大且无装载限制的新型独立B型LNG船在晃荡载荷下的强度满足使用要求,提出液舱结构晃荡强度直接分析方法.采用规范公式确定液舱晃荡载荷,根据该方法对液舱模型进行粗网格分析,进行典型区域横摇工况下超出应力许用值的精细网格分析.结果表明,该方法可以对独立液舱晃荡强度进行有效评估,其中的精细网格计算结果可真实反映高应力梯度区域的应力情况.分析结果可为液舱晃荡强度评估、液舱结构优化以及同类LNG船的设计开发提供参考.     

Automatic FE modeler using stiffener-based mesh generation algorithm for ship structural analysis

Shipbuilding industries have started to employ 3D CAD systems to integrate all design and production processes by achieving seamless data transfer and data sharing. The emerging 3D CAD system brings a considerable change in FE analysis field. The availability of 3D geometry increased the recognition of the need for developing automatic FE modeling system consequently.

However, general automatic mesh algorithms developed by academic research field have a limitation. The difficulty in satisfying lots of line constraints and the absence of proper idealization of 3D geometry entities defined in CAD system hinders directly employing the general mesh algorithms.

In this research, an automatic FE modeling system has been developed for cargo hold FE modeling and whole ship FE modeling. The basic concept of the algorithm is to decompose surfaces using stiffener lines into subregions and generate mesh using a rule established based on FE modeling practice of ship structure. Since the decomposed subregions take simple polygon, they can be easily transformed into elements by decomposing the polygon according to the rule defined considering the shape of the polygon and mesh seed on its perimeter. The algorithm is also designed to treat appropriate geometry idealizations for bracket-type surface and stiffener connections. The idealization process is also completely customized based on FE modeling practice. The validity of the developed system is verified through illustrative examples.     

宁波舟山近海三维潮汐潮流数值模拟

利用FVCOM模型对宁波舟山近海的潮汐潮流进行了三维数值模拟,并对其水动力特性作了相应分析.FVCOM模型采用非结构化三角形网格,很好地解决了精确拟合宁波舟山群岛的复杂岸线的问题.基于计算区域内的海床性质,采用Koutitas公式对FVCOM模型的中海底摩阻系数的计算进行了改进.通过计算域内多个潮位站和海流站的实测资料...     

基于B样条的船体网格划分及水动力计算

基于B样条理论的特点,提出一种高效的船体水动力网格划分方法,开发相应的程序。将此方法直接应用于某50万t矿砂船的三维线性频域水动力计算中,将计算结果与文献结果进行对比分析,其结果与相关文献结果非常吻合,认为用B样条方法进行船体水动力网格划分是可行。     

变周期减摇水舱控制与仿真

减摇水舱的设计首先要考虑与船体的适配,同时在设计中要重点考虑水舱的阻尼与周期特性,其中周期特性是水舱最基本的特性参数,适用周期范围越宽,减摇效果越理想。针对变周期减摇水舱的相当长度与一般U型水舱相当长度计算的不同之处——其连通道宽度可调且边舱面积随边舱外壁角变化而变化,通过积分方法推导出了可变周期减摇水舱相当长度的计算公式,提出了一种适用于变周期减摇水舱的估算方法。所设计的变周期减摇水舱采用连通道挡板控制改变周期,避免了气阀控制的时间延迟问题,还可根据船体运动规律调整连通道阻尼挡板以提高减摇效果。以某型船为例,建立了船舶减摇水舱仿真模型。经减摇水舱自由衰减振荡数值仿真方法验证,所提出的周期估算公式可靠。采用该模型研究了变周期减摇水舱的控制方法,结果表明,在其工作范围内,可使横摇角始终保持在8°以内,可以在5.5～18 s的周期范围内有效减摇,大大超过了被动式减摇水舱的工作频带。     

基于NURBS的船体曲面重构

面向船舶CAD、静力学计算、CAM和CFD等应用,文章以建立一个具有工程应用价值的船体曲面重构系统为宗旨,采用一种改进的蒙皮法,求解船体曲面造型的NURBS曲线、曲面的反算问题.其中,利用广义站改进了船体曲面的首尾控制网格;利用节点删除优化了相容性处理后的节点数目,为船体曲面的计算机重构提供了一种良好的方案.这对船体曲面面元的自动划分,CAM船体表面板格划分和CFD结构化计算网格的生成有着重要意义.     

Assessment of the chemical concentrations and the environmental risk of tank cleaning effluents in the Baltic Sea

The environmental risks of tank cleaning waters were evaluated in this study by conducting a risk assessment of five target chemicals (nonylphenol, phenol, sulphuric acid, styrene and xylenes) following EU risk assessment methodology in which the Predicted Environmental Concentrations (PECs) of the chemicals are determined and compared to their corresponding predicted no effect concentrations (PNECs). The results of the risk assessment demonstrated the importance of prewashing cargo tanks ashore before the main washing. Without prewashing the cargo tanks and discharging the generated prewashing effluents into reception facilities ashore, the PEC/PNEC ratios obtained for further washings exceed accepted levels regardless of the chemical and the quantity of chemical residue (15:50:300 l). In contrast, if the cargo tanks are prewashed and the remaining prewash residues in the tanks are small (≤15 l), the risk arising from tank cleaning effluents stays at accepted levels, and no harm is caused to aquatic organisms. When the prewash residue is around 50 l, the risk arising from further washings mostly remains at accepted levels. Whenever the prewashing is carried out, the tank washings only represent a minor and local risk for water biota. The study showed that prewashing requirements for the most hazardous category of X cargoes and high-viscosity and solidifying Y cargoes are necessary to keep the hazards arising from these substances at accepted levels. Furthermore, MARPOL Y class also includes persistent and toxic chemicals whose release in the sea without prewashing is not recommended, even if the regulations might not necessarily require prewashing.     

集装箱船舱口角隅应力集中系数的有限元分析的精度

集装箱船舱口角隅的应力集中是船舶结构强度的一个重要问题。随着有限元技术的发展，目前舱口角隅的应力集中系数大都可以通过有限元计算直接获得。由于有限元分析过程中存在着大量不确定性，通过控制其有限元分析各个步骤的质量来保证有限元分析的精度，已经成为一个重要的研究方向。本文利用现有有限元分析软件（ABAQUS），通过对不同模型简化方法的讨论，给出了正确计算舱口角隅结构应力集中系数的模型简化方法，并在此基础上讨论了网格尺度对应力集中系数的影响。