恶劣海况下船体波浪载荷的统计推断

介绍恶劣海况下船体波浪载荷(包括波浪和合成弯矩)统计推断的计算方法,并以某一高速排水型船舶作为算例进行计算。首先,按30 min短期海况估算该船的船舯波浪弯矩、砰击弯矩和合成弯矩统计特征值并与测量结果进行比较;其次按4 h海浪稳定假设,给出统计推断;最后,对巨浪海况完成算例船舶的波浪弯矩和合成弯矩的统计推断,并简要分析船体的总纵强度。     

船舶结构极限波浪弯矩统计特征的一致性定义

在船舶结构界可靠性方法已得到越来越广泛的应用。在进行现有船舶的可靠性分析或对新船制订可靠性设计规范时，必须要首先确定能力与载荷的统计特征。对于船舶结构来说，波浪弯矩是主要的载荷，极限波浪弯矩的统计特征对极限强度的可靠性分析十分重要。但是，通过研究发现，不同的文献中给出的用于确定极限波浪弯矩统计特征的概念和方法并不一致，这一差别可能对了随后的船舶结构可靠性分析和设计有一定的影响。本文旨在对船舶结构极限波浪弯矩统计特征的一致性定义作一些讨论，以期澄清一些概念。     

铝合金游艇结构强度比较分析研究

针对游艇在概念设计阶段只是对外观、结构、空间、布置做初步设计,而结构强度是否能够满足规范要求的不确定性问题,采取规范中规定的总强度载荷弯矩计算方法,分别计算了静水总纵弯矩、垂向波浪弯矩、垂向波浪冲击弯矩,从而得到加载的总纵弯矩。对两艘分别名为Kalos和Scrub铝合金概念游艇进行结构建模以及有限元分析,对中拱和中垂两种工况下,艇体总纵强度和变形情况进行校核,根据应力结果和变形特点对结果进行优化处理。     

双体船波浪载荷测试技术研究

双体船有异于常规单体船的船型结构决定了其波浪载荷有其独有的特点。一般来说,双体船由于片体之间流体相互作用会使其遭受的波浪载荷发生变化,其横向载荷如横向弯矩、扭矩等对双体船尤为重要,直接影响双体船的横向强度。本文对双体船在波浪中载荷的测试技术进行了研究,分析了模型的相似理论,并对波浪载荷测试系统进行了分析和设计,其中包含船模质量控制、模型分段设计、测量梁的设计以及湿甲板砰击弯矩和压力的测量设计等;对模型测量系统进行了仪器的配置研究。研究了双体船波浪载荷的实船测量技术,主要研究了测试内容、测点布置以及测试工况等,重点阐述了模型试验数据的处理技术,主要有垂向弯矩、扭矩和水平弯矩测点测量信号的低频和高频矩的分离和叠加处理,砰击压力的处理技术等;对模型试验和实船测试的不确定度进行了分析。     

波浪诱导纵向应力的长期测量及统计分析

船舶的波浪诱导纵向应力是决定船舶纵强度的重要组成部分。本文通过安装在船舶上的统计应变仪,长期积累,波浪诱导纵向应力数据,应用数理统计方法对测量数据进行分析,得到常规的万吨级干货船在中—欧航线上,以一个航次为统计样本的波浪诱导纵向应力符合负指数分布,并求得在船令期内船舶可能遭遇到的最大波浪诱导纵向应力值。     

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...     

穿浪双体船总体设计载荷研究

为了比较分析不同高速船规范的适用性,根据DNV、ABS、CCS和LR规范中关于高速双体船波浪载荷的评估方法,分别对一高速穿浪双体船进行了总体波浪设计载荷的评估。同时对该穿浪双体船进行了水池模型试验,包含规则波与不规则波的试验。试验对该双体船的纵垂向弯矩、横垂向弯矩、横向扭矩和纵摇有关扭矩进行了测量,分析了其传递函数和统计特性。根据对纵垂向弯矩、横垂向弯矩、横向扭矩和纵摇有关扭矩在规范与试验之间的比较分析表明,DNV规范中关于该穿浪双体船总体波浪设计载荷的评估与模型试验值最接近,CCS规范次之,ABS和LR规范中关于该穿浪双体船的总体波浪设计载荷的评估值较试验值大很多,尤其是横向波浪设计载荷的评估。通过对规范计算的总体波浪载荷与模型试验结果及其推断值的比较分析,进一步明确了现行规范对该双体船波浪设计载荷评估的适用性:采用DNV和CCS规范对该双体船进行结构设计是合理的;采用ABS和LR规范将偏于安全和保守。     

穿浪双体船总体设计载荷研究

为了比较分析不同高速船规范的适用性,根据DNV、ABS、CCS和LR规范中关于高速双体船波浪载荷的评估方法,分别对一高速穿浪双体船进行了总体波浪设计载荷的评估.同时对该穿浪双体船进行了水池模型试验,包含规则波与不规则波的试验.试验对该双体船的纵垂向弯矩、横垂向弯矩、横向扭矩和纵摇有关扭矩进行了测量,分析了其传递函数和统计特性.根据对纵垂向弯矩、横垂向弯矩、横向扭矩和纵摇有关扭矩在规范与试验之间的比较分析表明,DNV规范中关于该穿浪双体船总体波浪设计载荷的评估与模型试验值最接近,CCS规范次之,ABS和LR规范中关于该穿浪双体船的总体波浪设计载荷的评估值较试验值大很多,尤其是横向波浪设计载荷的评估.通过对规范计算的总体波浪载荷与模型试验结果及其推断值的比较分析,进一步明确了现行规范对该双体船波浪设计载荷评估的适用性:采用DNV和CCS规范对该双体船进行结构设计是合理的;采用ABS和LR规范将偏于安全和保守.     

规则波和不规则波中船舶艉砰击及其振动响应的试验研究

在拖曳水池中对某船舶进行了艉砰击及其振动响应的试验研究.在规则波以及不规则波中的零航速、艉随浪情况下观察到了严重的艉砰击现象.试验数据分析表明,合成弯矩可以分成由波浪载荷引起的低频成分以及由砰击载荷引起的高频成分.由于严重艉砰击载荷的作用,发现在某次规则波试验中合成弯矩比波浪弯矩要大出44%,在3.24m不规则波中合成弯矩增加了43%.不规则波中的试验数据统计表明合成弯矩分布范围服从Weibull分布.推导了服从Weibull分布随机变量的短期概率极值预报公式,针对试验数据进行了预报.还讨论了试验数据分析中的不确定性问题.试验研究表明,对于艉部平坦肥大的船舶,在设计和使用中需要引起对艉砰击及其振动响应问题的重视.     

波浪作用下床面切应力测量初探

在前人研究基础上,进行了波浪水槽实验。采用新型热敏传感器直接测量波浪作用下床面切应力分布情况。通过分析输出电压与理论切应力之间的关系,得出传感器电压值与理论计算切应力均随时间而周期性变化,充分验证了热敏传感器在测量床面切应力时的可行性,为进一步直接测量床面切应力奠定了基础。     

船舶总纵强度标准问题的一些考虑(英文)

过去对船舶总纵强度的水准,通常采用其总纵弯曲的名义应力作为衡准。作者认为采用船舶总纵强度的不破坏概率或安全可靠度作为衡量尺度则比之名义应力不仅更为合理而且能提供相对的定量水平。通过本文的分析结果可得出下述结论:船舶在同样的总纵弯曲名义应力水平下,完全有可能出现不同的总纵弯曲强度的破坏概率,也即不同的安全可靠度。所以名义应力不能确切反映总纵强度的水准。作用在船舶上总纵弯矩是随机的。决定载荷是一个复杂的问题,特别是波浪附加弯矩和瞬态的波浪冲击振动弯矩的合成,至今尚未解决。对海船来说,除静水弯矩外,这些弯矩对船舶总强度的破坏概率有主要影响。本文提出下述假设来决定它们的合成问题:船舶在轻载条件下一旦遇到严重不利的极值波浪附加弯矩时,则波浪冲击发生的可能性可认为如此之大,以之可看作是一个必然事件。为了今后对海船总纵强度标准的探讨提供参考,本文对目前船级社钢质海船建造规范规定的总强度要求,进行了分析估算,由此得出万吨级以上干货船的破坏概率约为千分之2.5,或相应的安全可靠度为0.9975。这一安全可靠度度量了现行的万吨级以上的海船干货船可接受的最低可靠度,也即最低总强度标准。同时也不难看出规范规定的基本剖面模数 W_0就是为了确保船舶能满足这种可接     

CSR-H与CSR强度评估载荷的对比研究

对CSR-H 与CSR用于强度分析的载荷变化进行分析,对各载荷分量的包络值以及应用于等效设计波中的船体梁波浪弯矩、波浪剪力和外部海水压力、加速度等载荷分量的大小进行比较。分析货油舱、干散货舱、压载舱典型位置处的内部压力变化,并对载荷变化可能引起的结构要求变化进行分析和概括。     

基于非线性设计波的船体结构强度直接计算研究

针对规范公式不适用于小方形系数Cb0.6的船舶以及线性设计波法不能反映波浪载荷非线性特征的情况,使用非线性设计波法研究了一艘小方形系数船的波浪载荷长期预报极值和波浪载荷与波高非线性变化规律,给出了非线性设计波参数的选取办法。根据参数,用非线性设计波法计算了船舶的波浪附加弯矩,并与线性设计波和规范公式两种方法得到的波浪附加弯矩进行了比较分析。分析结果表明,非线性设计波法能够反映出波浪幅值较大时波浪载荷随波高非线性变化的规律,以及中拱、中垂状态下舯剖面波浪附加弯矩的非对称特征,较线性方法更为合理。     

船舶随机波浪载荷的理性预报方法

介绍了船舶波浪载荷(包括砰击载荷)理性预报方法的理论基础、基本思想、计算方法与计算过程,并以一条排水船为例,给出了该船舯部的波浪弯矩和中垂合成弯矩的统计特征值。计算方法和结果可供有关专业人员参考。     

三体船横向结构波浪设计载荷试验与规范比较研究

三体船连接桥结构波浪设计载荷的确定对结构设计中关注的横向强度问题来说是非常重要的.为了研究一艘三体船连接桥横向波浪载荷,进行了该三体船的水池模型试验,包含不同浪向下规则波与不规则波试验.试验对连接桥遭受的分离弯矩Msp、分离剪力Qsp和横向扭矩Mtt进行了测量,分析了其传递函数和统计的特性.根据对这些连接桥横向波浪载荷在试验值、推断值与规范计算值之间的比较分析表明:劳氏规范关于这些横向波浪载荷的计算值可能对应于规则波双幅波高6.0m;对于不同的横向波浪载荷来说,保证率为99%的设计载荷推断值对横向扭矩Mtt来说要大于规范计算值,而分离弯矩Msp和分离剪力Qsp的推断值对应的规范计算值则相当,这意味着没计人员在用劳氏规范进行校核时,横向扭矩Mtt的规范计算值是偏向于冒险的,应给予特别关注.     

最大熵原理在船舶波浪载荷理性预报中的应用

本文介绍最大熵原理及其在船舶波浪载荷理性预报中的应用,详细地叙述了船舶随机波浪弯矩概率密度函数的求取原理与方法,通过二个实际船舶的例子,给出了这二艘船舶随机波浪弯矩概率密度函数及其统计推断值,显现出波浪载荷的理性预报方法及其最大熵方法的良好应用前景.     

二维波流共线作用下全直接法床面切应力测量仪设计研究

文章研究了完全直接测量二维波浪和水流共线作用时床面切应力仪的设计和制作。该仪器将传统的应变仪与精细压力仪结合,采用侧向水动压力和测力板两侧不同水头压力差直接测量方法,解决了既往应变式测量仪难以将切应力与侧向作用力分离的技术难题。经过静力测试和水槽试验验证表明,仪器精度良好,性能稳定,可用于不同粗糙度底床的切应力测量。     

极地运输船波浪载荷计算分析

极地运输船航行于极地航线,考虑到航线的特殊性,计算和分析极地航行海区下船体的波浪诱导载荷长期值,对船体结构的设计很有意义。采用FORTRAN语言编写全球波浪散布图统计与分析程序,可统计与分析全球指定海区每个短期海况出现的概率,进而获得该指定海区波浪散布图。以某极地甲板重载运输船为研究对象,基于谱分析方法,采用WASIM水动力分析软件计算2个工况,24个浪向角和26个周期下的波浪诱导载荷,获得其船中剖面垂向弯矩的幅频响应函数,并采用Sesam软件Postresp模块结合具体的波浪谱和目标船航行的东北和西北航道所经10个海区波浪散布图进行长期预报,进而获得船体各个海区下船中剖面垂向弯矩的长期值,并与北大西洋海区下的计算值比较。     

多功能支持船波浪载荷研究

波浪载荷研究是船舶性能预报和结构安全评估的关键内容。文中利用势流理论直接数值求解多功能支持船遭受的波浪载荷(包括一阶波频力和二阶漂移力),利用统计方法得到波浪载荷的长期预报和短期预报极值,包括波浪总纵弯矩和垂向波浪剪力以用于后续的船舶整体结构安全评估,以及纵向漂移力、横向漂移力和首摇漂移力矩用于船舶的动力定位能力分析中。研究结果表明:求解波浪载荷的势流理论方法精确,能为后续的船舶性能预报和结构安全评估提供可靠的载荷输入。     

内河船舶可靠性分析中的波浪弯矩统计与极值分布

以内河A级航区波浪散布图与波浪谱为环境参数,基于三维势流水动力程序对43艘内河船舶进行波浪弯矩长期预报,获得样本船波浪弯矩长期Weibull概率分布的形状参数、尺度参数和10-8超越概率的预报值。将波浪弯矩预报值与静水弯矩进行对比,根据Turkstra载荷组合规则,确定船体梁总纵强度可靠性分析中的载荷组合形式。在此基础上采用序列统计法对波浪弯矩极值分布进行分析,极值分布近似服从Gumbel分布,即I型极值分布。