极地破冰船艉部吊舱区域船体结构设计

以中国船舶及海洋工程设计研究(MARIC)设计的某PC3冰级且具有双向破冰能力的极地科考船为例,基于IACS URI规范和中国船级社(CCS)《钢制海船入级规范》相关条文,就该类船型艉部吊舱区域船体结构设计需重点关注问题如冰载荷作用下构件局部强度、骨架布置形式和冰带构件节点等展开讨论,阐明该区域结构设计要点,进而采用有限元分析手段对目标船艉部吊舱推进器支撑结构进行校核验证,为后续类似极地破冰船的艉部结构优化设计提供参考.     

有频率约束的船体结构优化设计

为完成某集装箱船艉部结构设计,建立具有频率约束的船体结构优化设计模型,采用不同的优化方案对艉部结构进行优化,在工程造价基本保持不变的条件下,使优化后的结构不仅固有频率满足频率储备要求,而且其构件分布更为合理。     

船体外板板材规范设计

在超大型集装箱船船体结构详细设计中,改变以往主要参照母型船板材尺寸开展设计的做法,引入规范软件核算全船外板板材的规格。根据船体结构的线型特点统筹规划外板板材,重点分析常规船体外板板材的布置形式和艏艉波浪砰击作用下的船体外板板材布置形式,并对相关参数进行计算,以期在保证船体结构强度满足要求的同时提升板材的利用率。船体艉部砰击外板板材和艏部砰击外板板材计算结果表明,尽管计算结果会受到多种因素的影响,但最主要的因素是肋骨间距。该船体外板板材规格核算方法有效,后续可延伸到其他类型船舶中,供其船体板材规范计算参考。     

甲板稳定性及总纵强度衡准再探讨

在舰船的设计过程中，不少人对《规范》中衡量甲板构件的稳定性和极限强度的衡准都有过某些疑问，但未能用数值给予定量地论证。本文从设计观点出发，提出了甲板构件稳定性的等强度设计观点，即依据《规范》对甲板局部强度和总纵强度衡准的要求，分别对艏、艉和船中区域的甲板构件进行稳定性设计。运用这一新的设计观点，并采用现行的设计方法对《规范》中衡量甲板构件的稳定性和极限强度的衡准再一次进行了探讨。通过分析和数学计算，得到了衡量甲板构件稳定性和艏、艉区域船体极限强度的新的衡准，可定量地与《规范》中的规定进行比较。     

集散两用货船艉部甲板局部强度有限元分析

集装箱船艉部舱段强度校核是船体结构强度校核中的重要组成部分,船舶发动机等重要装置都分布在艉舱段内。在航行过程中集装箱会垂向震荡,极端情况下会影响艉部结构强度能力并使其结构失效,进而对船舶造成毁灭性破坏。运用有限元软件Patran对78.2 m集散两用货船艉部舱段部分进行建模研究,考虑2种集装箱装载工况:装载重箱以及装载空箱,根据规范要求施加了相关边界条件,并根据规范许用应力要求对计算结果进行了分析,最终计算出来的结果表明本船艉部舱段结构有限元强度能够满足中国船级社的规范要求。     

船艉结构静动态多目标优化设计

建立用于船体结构静动力学性能一体化设计优化的2种多目标优化模型:基于多目标遗传算法的多目标优化模型和基于多学科优化技术的多目标协同优化模型。模型均使用矩阵描述由板材厚度和骨材型号构成的离散设计变量集,以结构质量最小化和最大加速度最小化组成多目标函数。以某集装箱船艉部结构为例,对其进行了结构静力学、动力特性和动力响应的计算分析与优化设计。优化后的结构不仅具有更轻的质量、更低的振动水平,而且具有更高的固有频率储备,同时仍满足强度和刚度要求。     

大型浮吊船体的结构设计和强度评估

针对目前国内外市场对大型浮吊的迫切需求,本文以现行具备世界上最大单机起重能力的浮吊--7500 t"蓝鲸"号浮吊为研究对象,针对该浮吊的工作性能要求进行了中剖面设计,并根据CCS规范校核该浮吊船体结构的主要纵向构件尺寸以及总纵强度.在此基础上,建立该浮吊船体结构的三舱段有限元模型,针对浮吊的各种典型工况进行船体结构强度的评估分析,同时提出了结构优化设计的合理化建议.本文的研究成果对同类型浮吊船体的结构优化设计具有参考意义和实用价值.     

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。     

艉锚装置人字架结构优化

在对某船的艉锚收放装置进行结构强度评估的过程中发现:艉锚收放装置的人字架结构在靠近艉部的后侧平板折角位置处应力集中问题十分严重,初始设计方案无法满足结构强度的设计要求。依据人字架结构的结构形式和特点,给出结构优化方案;考虑艉锚收放装置结构重量的设计要求,给出人字架结构合理的优化范围和结构尺寸。该人字架结构优化方案在保证满足结构强度设计要求的同时,能很好地保证满足结构增重不宜过大的设计要求。     

船艉整流鳍在实船上的应用与研究

本文对某灵便型散货船的后体船形及其伴流分布作了分析研究,证实了该船在实船航行时因伴流峰值过大,分布欠佳且尾流场异常而引起螺旋桨转速不稳定及产生艉部剧烈振动。为了降低伴流峰值,改善其分布及艉部流场,在船体线型无法改动的情况下,设计加装了艉整流鳍,取得了十分明显的效果。再次证明了采用艉整流鳍是一个简便、可靠的改善艉流场及艉部激振的措施。     

极地双向破冰船艉部线型适应性分析北大核心CSCD

[目的]为保证极地双向破冰船的破冰航行能力,需重点开展该类船舶的艉部线型设计。[方法]通过调研大量现役极地船舶和梳理现行规范,研究吊舱推进单元的冰载荷作用模式以及冰在船舶作用下的破坏过程,进而开展吊舱推进式极地船舶艉部线型的关键设计特征参数分析与适应性分析。[结果]研究结果表明,艉封板倾角将直接影响破冰时船体作用于海冰的水平分力和垂直分力,可适当增加该倾角以有效引导海冰的弯曲断裂;W型艉封板横剖线型可以调和流场优化与碎冰外排效率之间的矛盾;吊舱安装底座可以发挥一定的破冰作用,但将影响吊舱流场;艉鳍对船尾流场和碎冰外排也存在较大影响。[结论]研究成果可为吊舱推进式极地船舶艉部线型的适应性优化设计提供参考。     

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。     

深水起重铺管船结构强度分析

介绍深水起重铺管船的船型特点,研究这种特殊船型的结构形式设计;结合船体质量分布和波浪载荷预报结果,进行总纵强度分析;借助三维有限元分析方法,对船体艉部结构进行局部强度分析;最后,分析总结该类工程船的设计关键及技术难点。     

21000m~3乙烯(LEG)运输船结构设计

在原22000m3LPG船的基础上,进行了全面的优化设计,研发设计了满足最新规范规则要求的新一代21 000 m3LEG(液化乙烯)运输船。从结构设计着手,以21 000 m3LEG船为主要研究对象,从结构布置、规范校核、建造工艺等多方面进行了研究。对液化气船(C型舱)结构设计需要考虑的几个重点方面作出论述:船体梁结构强度计算校核,确定船体梁剖面模数;有限元直接强度计算,评估构件强度、疲劳寿命;全船振动分析和局部振动分析,确保船员的居住舒适性和船体构件的稳定可靠性;液化气船特有的船体结构温度场分析,得到温度分布并确定钢材级别等。对全船结构进行了大量优化改进工作,解决了设计中碰到的难点。推出一个优秀的设计方案,使该船结构更可靠,加工建造更为便利,提升了该船的市场竞争力。     

嵌入式多波束声呐船体大开口加强结构优化研究

开口处的船体结构强度分析与评估是船舶设计与建造过程中的关键环节。采用有限元法建立某船体结构数值模型,结合强度校核规范,进行船体底部嵌入式多波束声呐大开口区域的船体结构强度分析。结果表明,开口区域船体结构的强度、加强结构型式的设计等在设计过程中应引起足够的重视。设计5种开口加强方案,通过对比总结了开口纵向位置、内凹槽直角或转圆过渡型式等因素对结构强度的影响特点。通过上述研究可知,横向开口对船体加强结构的强度影响更大,对横向开口处纵向构件进行多方案优化设计可有效掌握目标区域结构的应力分布变化及受力特点。最后提出一种较佳的设计方案,既有利于提高船体结构的强度,又便于设备的安装。     

基于一个二维水弹塑性方法和极限强度评估的集装箱船结构优化研究

海上极端波过去常常导致船舶结构的极限破坏,而船舶的极限崩溃涉及到船体结构的动态极限强度和结构非线性.该文通过二维的水弹塑性方法研究了集装箱船在极端波中的非线性动态强度,该方法考虑了船体的极限强度以及船体结构的非线性和波浪之间的耦合.并通过该二维水弹塑性方法和极限评估方法研究了船体结构的结构优化.文中还通过二次规划法(SQP)来优化基于非线性的动态强度的集装箱船体结构.最少的结构成本是本优化的目标函数,约束条件保证船体的强度要小于结构的极限强度,并且结构设计尺寸要满足规范的要求.随着设计波高的变化,这些优化的设计变量的变化趋势得以发现,一些研究的结论可用于船舶规范的参考.     

基于一个二维水弹塑性方法和极限强度评估的集装箱船结构优化研究（英文）

海上极端波过去常常导致船舶结构的极限破坏,而船舶的极限崩溃涉及到船体结构的动态极限强度和结构非线性。该文通过二维的水弹塑性方法研究了集装箱船在极端波中的非线性动态强度,该方法考虑了船体的极限强度以及船体结构的非线性和波浪之间的耦合。并通过该二维水弹塑性方法和极限评估方法研究了船体结构的结构优化。文中还通过二次规划法(SQP)来优化基于非线性的动态强度的集装箱船体结构。最少的结构成本是本优化的目标函数,约束条件保证船体的强度要小于结构的极限强度,并且结构设计尺寸要满足规范的要求。随着设计波高的变化,这些优化的设计变量的变化趋势得以发现,一些研究的结论可用于船舶规范的参考。     

多目标值弯矩平衡法的CSR散货船艉货舱有限元分析

由于散货船的艉货舱结构的特殊性,在一般的设计中大多采用经验类推,往往不能真实反映结构的实际承载要求。以某63500t CSR散货船为目标船,采用法国BV船级社Veri STAR-Hull软件,基于多目标值、多评估区域的弯矩平衡方法,对艉部货舱进行强度校核和优化设计,既解决了原设计的不足,又通过减轻强度过剩结构来合理控制船体的结构质量。该方法得到相关船级社的认可,为将来HCSR船型设计提供了技术储备。     

基于知识的船体结构快速设计及优化

在确保安全的前提下,快速设计出优秀船体结构并实现快速修改是船舶设计师梦寐以求的目标。文章针对这一目标,提出了基于知识的船体结构快速设计方法,引入船体结构知识本体的概念,将知识工程原理和参数化技术相结合,对船体结构设计知识库的建立进行了研究,实现了船体结构三维快速优化设计。设计中设计船的结构构件位置通过位置参数确定,构件尺寸通过母型知识库并运用NURBS函数插值再结合规范要求获得,对主要结构采用量子行为遗传算法进行优化。实例表明,该方法将设计知识嵌入到船体结构知识本体中,既有助于设计知识的保留和再利用,又能实现对设计结果的自动检查,进而快速获得合理的船体结构。     

双艉鳍船型的参数化建模及线型优化

将参数化建模技术与CFD仿真技术相结合,并进行阻力性能优化是目前最常用的船型优化方法.该文以某双艉鳍集装箱船为研究对象,为提高航行性能,对其双艉鳍进行设计优化.采用全参数化建模方法对双艉鳍进行参数化设计,同时,通过CFD仿真技术、结合NSGA-Ⅱ优化算法并以阻力及伴流均匀度为优化目标,完成双艉鳍船型的优化设计.优化后的船型在阻力降低的基础上,伴流均匀度也获得明显改善.