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。     

圆筒形生活平台总体强度分析

参考挪威船级社海工规范要求,分析平台极限载荷状态下的总体结构强度.应用海工规范公式对主船体结构中的板和筋进行规范校核,对主船体双层壳内的环形梁进行屈服和局部屈曲的强度校核,对大的板架结构开展针对各种屈曲类型的校核,结果表明,该生活平台在目标海况下的结构承载能力满足船级社的规范要求.     

运梁船局部强度直接计算方法研究

为便于水上桥梁施工,运输桥梁预制梁片的运梁船得到了广泛的应用。运梁时,梁片的重量载荷通过工字钢传递给船体,船体受到的局部集中载荷较大,船体结构受力过程复杂。文中采用有限元计算软件MSC.Patran/MSC.Nastran对船体结构局部强度进行直接计算,并将计算结果与许用应力值进行比较,证明构件强度满足使用要求,此方法适用于运梁船局部强度的校核。     

环境烈度因子在FPSO船体梁强度评估中的应用

由于作业方式不同,用于计算FPSO与不限定航线条件下船舶设计载荷的规范计算公式不一样,如何将现有的关于普通海船的规范用于FPSO的设计评估是FPSO研究中的关键问题。基于现有常规钢质海船规范,文章采用环境烈度因子(ESF)对用于计算运营于无限航区船舶设计载荷的规范公式进行修正,将修正后的公式作为FPSO设计载荷的计算公式。利用所得FPSO载荷计算公式计算某30万吨FPSO设计载荷,并采用薄壁梁理论对船体梁强度进行校核。将校核结果与未经ESF修正的船体梁校核结果进行比较,发现未经ESF修正的船体梁校核结果明显偏大。同时,采用薄壁梁理论进行船体梁剪切强度评估,可以避免建立全船有限元模型。     

环境烈度因子在FPSO船体梁强度评估中的应用

由于作业方式不同,用于计算FPSO与不限定航线条件下船舶设计载荷的规范计算公式不一样,如何将现有的关于普通海船的规范用于FPSO的设计评估是FPSO研究中的关键问题.基于现有常规钢质海船规范,文章采用环境烈度因子(ESF)对用于计算运营于无限航区船舶设计载荷的规范公式进行修正,将修正后的公式作为FPSO设计载荷的计算公式.利用所得FPSO载荷计算公式计算某30万吨FPSO设计载荷,并采用薄壁梁理论对船体梁强度进行校核.将校核结果与未经ESF修正的船体梁校核结果进行比较,发现未经ESF修正的船体梁校核结果明显偏大.同时,采用薄壁梁理论进行船体梁剪切强度评估,可以避免建立全船有限元模型.     

小水线面双体船设计载荷研究

横向对开力是小水线面双体船的主要载荷.文章根据CCS(2005)、ABS(1999)规范及船模试验所得载荷值,对小水线面双体船横向对开力的估算公式进行重新回归,提出CCS(2005)修正公式;对规范中小水线面双体船强度校核时合理的载荷大小及相应的工况组合形式进行探讨,提出更为危险的60°/120°斜浪工况组合情况;并选取6种较为严重的典型工况进行全船有限元分析,得到各典型工况下船体结构的应力分布特点,为小水线面双体船的载荷估算及初步设计提供了理论依据.     

拖网渔船门架局部强度直接计算方法研究

大型拖网渔船在起网时,拉网纲绳通过门架的支撑,利用起网绞车将网具沿艉滑道拖到甲板上,此时门架和船体支撑结构受到较大的载荷。考虑门架和船体支撑结构的局部强度对安全影响较大。文中采用有限元软件MSC.Patran/MSC.Nastran对门架和船体支撑结构的局部强度进行直接计算,并将计算结果与许用应力值进行比较,证明构件强度满足使用要求,此方法适用于门架和船体支撑结构的局部强度的校核。     

晃荡载荷下No96型LNG船绝缘系统的缓冲效应

晃荡载荷作用下船体结构的局部强度校核,对保证LNG船营运安全非常重要。由于将液舱晃荡载荷等效到船体结构上可以极大程度提高局部强度校核的工作效率,本文以缓冲系数反映绝缘系统的缓冲效应,针对三艘LNG船展开分析,在对简化建模方法进一步讨论的基础上,通过计算得到了目标船绝缘系统在横摇和纵摇工况下的缓冲系数,研究成果可为相似规格,相近结构的LNG船晃荡强度校核提供参考。     

起重船基座局部强度直接计算方法研究

起重船专供水上作业起吊重物用,在水上工程施工和船舶货物、重件起重等方面得到了广泛的应用。作业时受到的局部集中载荷较大,船体结构受力过程复杂。吊机基座及船体结构局部强度对安全影响较大。文中采用有限元计算软件MSC.Patran/MSC.Nastran对基座及船体结构局部强度进行直接计算,并将计算结果与许用应力值进行比较,证明构件强度满足使用要求,此方法适用于吊机基座局部强度的校核。     

船体结构局部强度设计中的砰击载荷确定方法

在分析船舶砰击载荷力学特性的基础上,首先对各种船体砰击载荷设计方法进行比较和开展了压力不均匀系数的研究。然后从工程实用的角度出发,引入和扩展了砰击压力"折减系数"的概念,将砰击压力转化为与结构应力响应等价的均布静压力,使结构仍可按静力强度计算方法来进行设计和校核。在此基础上,提出了船体结构局部强度设计中确定砰击载荷的思路,给出了在砰击载荷作用下各种局部结构强度计算的方法与步骤。通过实例应用和分析,验证了方法的实用性。该方法可应用于船体局部结构的设计实践。     

围网渔船主桅结构强度直接计算方法研究

美式围网渔船在渔捞作业时,主、辅吊杆受到了力最终传递到桅杆上,桅杆和船体支撑结构受到较大的载荷,受稳性影响,桅杆构件不能过大,考虑桅杆和船体支撑结构的局部强度对安全影响较大.文中采用有限元软件MSC.Patran/MSC.Nastran对桅杆和船体支撑结构的局部强度进行直接计算,并将计算结果与许用应力值进行比较,证明构件强度满足使用要求,此方法适用于围网渔船桅杆和船体支撑结构的局部强度的校核.     

超规范散货船船体结构总纵强度有限元分析

对"超规范船舶"总纵强度的校核,规范上的经验公式及常规计算方法已不再适用。以某超规范散货船为例,采用全船有限元分析方法,利用SESAM软件建立水动力模型进行波浪预报并导出设计波,利用MSC.PATRAN建立全船结构有限元模型并施加设计波载荷、货物载荷等对船体结构总纵弯曲强度进行了计算评估。计算结果表明结构应力在许用范围内,且该方法能够准确地反映船体结构的变形和应力分布情况。设计者可以针对高应力区域进行局部加强,这对"超规范船舶"船体结构设计及优化具有重要指导意义。     

大型集装箱滚装船全船结构有限元分析

以沪东中华设计建造的大型集装箱滚装船为研究对象,根据其船型特点进行全船结构有限元分析。提出了基于悬臂梁理论施加垂向力的方法,能够精准地达到船体梁目标弯矩分布,完成该船的总强度有限元校核,并对后续全船有限元强度分析需要重点考核的区域进行了预测。基于ABS船级社全船直接计算指南,采用ABS-DLA/SFA系列软件,用三维流体动力计算程序对波浪随机载荷进行长期预报,并在此基础上制定了主导设计波参数组,进而得到全船结构在各设计波上的应力分布,以对艏艉集装箱与舯部滚装货舱之间的两个关键过渡区域进行局部细化强度分析,通过各种特殊设计手段解决应力集中问题。论文采用的全船总强度校核和有限元分析方法可为其它超大型船舶的结构分析提供参考。     

基于NURBS表达的精确自由液面修正

提出了基于三维NURBS表达的精确自由液面修正方法。对船体曲面和甲板进行NURBS表达后,通过对任意倾斜液面下的舱容及容积心的计算以及给定舱室装载量条件下舱室内液体液面的确定,可计算出任意倾斜状态下液体自由流动后产生的倾斜力矩,从而得到精确的静稳性臂修正值。通过对不同舱型的舱室在不同装载量和不同浮态下的倾斜力矩的计算和比较分析,总结规范计算结果和精确解之间存在误差的原因,分析了误差随舱型、装载量和浮态变化的规律。该方法表明了采用精确自由液面倾斜力矩计算的必要性和工程应用价值,并给出在船体设计中如何根据实际情况进行精确自由液面修正的建议。     

3000t自航起重船结构设计与强度分析

结合现行规范和强度分析,对3000t自航打捞起重船进行船体结构设计。借助有限元分析手段,对特定局部结构进行分析;并根据CAP437的要求,对直升机平台进行布置以及对其强度进行校核。吊重作业时,实测船体变形情况符合预期,强度和刚度令人满意。     

载运履带式车辆装备的船舶局部强度校核

[目的]为提高载运履带式车辆装备的船舶局部强度校核的准确性,减少因承载过重而导致船舶变形甚至断裂的情况发生,实现军事装备的安全运输,[方法]对装备航运过程中的受力(包括重力、系固力、惯性力、波溅力、风压力以及摩擦力)进行分析,结合船舶甲板板架结构的特点,考虑船体腐蚀所带来的不利影响,利用工程力学原理,对船舶局部强度校核方法进行修正。[结果]得出了稳性校核和强度校核修正公式。[结论]实例验证发现,修正公式计算的精确度大于未修正的校核公式,能有效避免船舶事故的发生,可为民船载运履带式车辆装备提供技术参考。     

规则波迎浪砰击下三维船体耦合响应研究

船舶在波浪中运动时会发生波浪砰击现象,可能会对船体局部结构产生破坏,造成人员和财产的损失.文中通过计算流体力学分析软件STAR-CCM+和有限单元分析软件Abaqus之间的双向交互耦合,建立了考虑结构变形效应的船体波浪砰击数值模型,对船体在波浪运动中的砰击现象进行数值模拟.将数值结果与文献中试验结果进行对比,整体趋势吻合较好,验证了数值模型的有效性.并针对不同工况下自由液面变化、砰击载荷分布特征和船模结构砰击响应进行分析,当船体在波浪冲击下,自由液面会出现波浪表面破碎等强非线性的砰击现象,同时船首底部及船尾底部会发生砰击现象并随之影响船体相应区域的应力和应变分布特性.     

船体梁结构强度的非线性有限元分析

对于船体梁结构强度研究采用传统方法分析结果精准度较低,为了解决该问题,提出了基于显式的非线性有限元分析。采用模拟箱型梁边界条件作为边界研究基础,根据船体梁结构受到载荷作用材料易变形性质,对不同条件下的结构稳定情况展开分析,获取边界条件是自由支持的特征信息。利用动态分析方法模拟静力加载过程,并使用显式算法进行求解。在时间上显式船体梁结构前推速度和位移,添加100 N集中力作为参考载荷,引入一阶屈曲模态作为初始扰动,进行非线性极限强度分析,由此获取压杆所能承受最大临界值,完成对船体梁结构强度的非线性有限元分析。通过实验对比结果可知,该方法比传统方法分析结果精准度高,为船舶结构设计提供参考。     

船体板剪切极限强度数值分析

极限强度表征船体结构的极限承载能力,是船舶强度校核的主要内容。船体结构在拉压载荷下的极限强度多年来已被广泛研究并取得重大进展。随着船舶大型化及开口部位的增多,扭转载荷成为船体结构剪切极限强度计算不可忽视的重要组成部分。由于剪切载荷的特殊性,国内外目前尚未开展船体结构的剪切实验。因此,应用数值模拟方法计算剪切极限强度十分必要。通过对比分析研究船体结构主要是船体板在不同情况下的力学性能,探讨不同结构对船体板剪切极限强度的影响程度。结果表明,剪切极限强度对船体板的几何尺寸具有较强的敏感度,随着几何尺寸下降,极限强度急剧降低。     

基于PCL的集装箱船屈服强度校核工具开发

为了保障集装箱船船体结构的安全,在设计阶段常常需要根据规范要求进行直接分析并进行整体和局部强度的校核。由于船舶运行的载荷和必须考虑的工况复杂,同时各种工况下船体结构不同部位和不同构件的校核许用水平不一,无法直接借助通用软件的后处理功能直观判断构件是否满足要求。本文基于PCL语言,针对中国船级社集装箱船屈服强度校核要求,经过二次开发实现了许用应力以及衡准值的自动计算,并通过云图、三色图以及报告直观输出校核结果,该工具有助于对设计结果的快速反馈。