集装箱船振动及响应分析

介绍了模态频率响应有限元计算方法的基本理论,以多用途集装箱船为目标船,通过建立全船三维有限元模型,用频率响应法得到船体结构的振动响应.文中还讨论了激励与响应关系、水动质量、阻尼、频率响应计算有效频率数选取等问题,以精确预报船体结构振动及响应.本文采用的分析计算方法对目标船结构振动及响应预报值,与实船试验数据具有很好的一致性.     

DNV GL新规范对大型集装箱船结构设计的影响

从总纵强度、舱段有限元和典型结构局部强度三个方面解析了DNVGL规范与GL规范在集装箱船结构方面的内容差异。以一艘14500TEU集装箱船为算例，分析了DNVGL规范对大型集装箱船结构设计的影响。结果表明，DNVGL规范对于集装箱船的总纵强度和舱段有限元提出了更高的要求，而在压载舱边界结构和艏部砰击方面的要求相对于GL规范有所降低，存在一定的优化空间。     

水弹性力学在SWATH船体结构振动响应分析中的应用研究

文章以三维水弹性力学理论为基础,对小水线面双体船的船体振动响应特性进行了分析,预报了该船体在航行时受发电机激励下的振动响应,并与实船测量结果进行了对比,结论表明三维水弹性力学方法在船体受机械激励作用下对于船体振动响应的预报是有效的,可应用于工程设计。     

The design and commissioning of a fully elastic model of a uniform container ship

Experimental hydroelasticity has not followed the rapid evolution of its computational counterpart. Hydroelastic codes have changed significantly in the past few decades, moving to more detailed modelling of both the structure and the fluid domain. Physical models of ships are, even today, manufactured with a very simplified structural arrangement, usually consisting of a hollow rectangular cross section. Appropriate depiction of the internal structural details ensures that properties relevant to antisymmetric vibration are scaled accurately from the real ship to the model. Attempts to create continuous, ship-like structures had limited success, as manufacturing constraints did not allow for much internal structural detail to be included. In this investigation, the first continuous model of a ship with a detailed internal arrangement resembling a container ship is designed, produced using 3D printing and tested in waves. It is demonstrated that the global responses of the hull in regular head waves agree well with theory and past literature, confirming that such a model can represent the behaviour of a ship. Furthermore, it is found that the model is capable of capturing local responses of the structure, something that would be impossible with “traditional” hydroelastic ship models. Finally, the capability of the model to be used to investigate antisymmetric vibrations is confirmed. The methodology developed here opens a whole new world of possibilities for experiments with models that are tailored to the focus of the investigation at hand. Moreover, it offers a powerful tool for the validation of modern state-of-the-art hydroelastic codes. Ultimately, it creates the next step in the investigation of dynamic responses of ship structures, which contribute significantly to accumulating damage of the hull. Better understanding of these responses will allow designers to avoid over-engineering and use of big safety factors to account for uncertainties in their predictions.     

超大型集装箱船特殊布置结构直接建模计算评估法

目前国内外大量的关于集装箱结构的研究大多集中于如何优化性能,整船波浪载荷预报和整船结构分析,但对超大型集装箱船的特殊布置结构研究甚少,重油舱布置于船中区域就是特殊布置结构的一例。根据某在建10000 TEU集装箱船的相关数据,对布置于船中区域重油舱直接独立建模计算,确定载荷、工况,并对重油舱结构进行应力分析与评估。该方法可为超大型集装箱船特殊布置的结构设计和计算评估提供相应的技术支持与参考。     

超大型集装箱船绑扎桥强度校核与结构优化

随着超大型集装箱船的发展,绑扎桥的结构设计越来越复杂。文章在21000TEU超大型集装箱船典型绑扎桥设计的基础上,利用ANSYS软件计算了绑扎桥结构的强度和刚度。通过研究不同浮态,装箱条件以及最大设计载荷条件下结构的总体应力和变形情况,分析了关键位置的应力集中现象。并用这些分析结果指导结构优化,为绑扎桥结构的分析及结构设计提供具指导意见。     

弹振对超大型集装箱船疲劳强度的影响

超大型集装箱船在波浪激励下产生的弹振响应使得其疲劳强度问题十分突出。基于三维水弹性理论,结合有限元分析方法计算分析目标船典型节点的应力响应特性。采用双峰谱密度函数的疲劳损伤谱分析理论评估目标船的疲劳强度,通过与刚体理论下的计算结果相对比来分析弹振对目标船的影响。研究结果表明,相比于刚体理论计算结果,考虑弹振效应时目标船的疲劳寿命会极大地降低,甚至可达50%以上。     

6750箱集装箱船非线性波激振动和颤振响应分析

本文采用三维时域非线性水弹性方法分析了一艘6750箱集装箱船的水弹性响应以及运动和垂向弯矩特征。通过考虑入射波力、静水恢复力、砰击效应的非线性,研究了在恶劣海况下船体的非线性运动和垂向弯矩响应,同时分析了波激振动及颤振对垂向弯矩的影响。数值计算结果表明:(1)非线性入射波力对运动的影响较小,但是对垂向弯矩的影响较大,使得其有明显的倍频成分,同时中垂弯矩显著大于中拱弯矩。另外,非线性入射波力也引起了明显的非线性波激振动;(2)非线性静水恢复力对运动和载荷的影响均较大,但是没有引起明显的非线性响应。非线性计算的垂荡响应小于线性结果,而纵摇和垂向弯矩响应大于线性结果;(3)砰击效应对运动的影响较小,但对垂向弯矩的影响较大,砰击效应引起了显著的船体弹性高频振动,增大了载荷幅值,但是其引起的合成中垂和中拱幅值相差不大;(4)非线性水动力的作用主要引起垂向弯矩的倍频响应,包括倍频可能引起的二节点垂向弯矩弹性共振,而砰击效应主要引起船体二节点垂向弯矩共振;(5)本文的非线性水弹性响应计算结果与Kim给出的数值计算结果吻合很好。     

超大型集装箱船艏艉砰击强度直接计算方法

超大型集装箱船的船艏显著外飘、船艉宽平外悬,使其在恶劣海况下航行时容易发生严重的砰击。为确保船体艏艉部结构在砰击中不发生损坏,需要研究作用到艏艉外板上的砰击压力,并以此为设计载荷来校核外板和相连结构的强度。目前对集装箱船砰击局部强度的校核要求仍以经验公式为主,但是为提高对超大尺度船舶强度校核的可靠性,近年来推出了砰击的直接分析方法。本文初步分析了砰击直接分析方法的基本原理,并运用该方法对20,000 TEU集装箱船的艏、艉部砰击压力以及最小板厚要求进行了研讨,其结果可为超大型集装箱船的结构设计提供重要的参考。     

结构刚度变化对船舶水弹性响应的影响

水弹性力学是研究水动力、惯性力和弹性力之间相互作用的力学分支。本文利用三维线性频域水弹性程序计算了某船在单位幅值正弦规则波中的水弹性响应 ,在结构质量分布不变的前提条件下 ,研究了结构刚度变化对结构水弹性响应的影响 ,得到了一些很有价值的结论。     

基于一个二维修正水弹性方法的集装箱船体梁动态前极限强度评估研究

海上极端波因其巨大的波高常常导致船体的极限破坏。该文提出了一个二维的修正水弹性方法来研究一个集装箱船船体梁在极端波中的动态前极限强度。传统的极限强度评估基于准静态方法,没有动态效应被考虑。而船体在波浪下的动态结构响应是基于水弹性方法,传统的水弹性方法并不能计算船体梁的动态非线性强度。该二维修正的水弹性方法考虑时域波浪和非线性船体梁之间的耦合,将水弹性方法和Smith方法结合,用Smith方法计算船体梁的刚度,而其刚度与船体梁的强度和变形曲率有关。所以该时域的非线性刚度被用于修改水弹性方法里的常数项的结构梁刚度。几组极端波模型被用以产生船体梁的大变形和非线性动态垂向弯矩。文中分别采用修正水弹性方法和普通水弹性方法,通过改变四个重要的极端波参数如极端波最大波高、规则波的波高、波速和波长等来研究其对船体梁船中处的大变形转角和非线性垂向弯矩的影响,通过采用修正的水弹性方法计算得来的结果与水弹性方法计算得来的结果相比较,得到了一些差异和结论。     

港池内中长周期波浪作用下船舶系缆动力响应

针对港池内船舶装卸作业的安全与稳定问题,采用基于势流理论的面元法分析程序AQWA,分析得到船舶与码头结构耦合作用下的14 000 TEU集装箱船动力响应幅值算子。在此基础上,进一步采用码头泊位前的真实波浪条件,得到14 000 TEU集装箱船在设计系缆方式下的船舶运动量响应和缆绳受力响应。结果表明,14 000 TEU集装箱船横摇周期较大,与港池内存在的中长期波(12～18 s)不相匹配,不易引起船舶较大幅度的动力响应;计算分析结果与系泊物理模型试验所得到的结果相吻合,说明所采用的计算原理与分析模型较为可靠,具有较强的工程实际应用价值。     

小水线面双体船波浪载荷水弹性分析

三维水弹性力学将结构分析的有限元方法与围绕柔性体的势流理论结合起来,为在波浪中航行或驻立的复杂结构的运动和内力分析提供了一个流固耦合的统一分析方法,也为小水线面双体船的分析提供了有效的分析工具.文中将水弹性力学方法和谱分析方法相结合,对1 100吨SWATH船进行波浪载荷预报,并将计算结果与水池模型试验数据及国外相关资料进行了对比,说明了水弹性分析方法对于SWATH设计的合理性.     

1.6万标准箱集装箱船外飘砰击及结构强度计算研究

超大型集装箱船面临首部特殊型线与高航速所带来的不容小视的首部外飘砰击载荷作用。文中以1.6万标准箱集装箱船为例,首先基于时域Rankine源法计算集装箱船的非线性运动响应;然后预报首部区域发生外飘砰击的概率和砰击压力极值;最后考虑外飘砰击对首部局部区域的作用,对1.6万标准箱船的首部结构进行了有限元分析,评估船体结构承受外飘砰击载荷的能力,为首部结构设计提供参考依据。     

Hydroelastic slamming

An overview of the many water-impact (slamming) problems in ship and ocean engineering is given. Theoretical and experimental drop tests of horizontal and nearly horizontal elastic plates are reviewed. It is shown that maximum pressure cannot be used to estimate maximum slamming-induced stresses when maximum pressure is large, because dynamic hydroelastic effects then become important. Further, the significance of hydroelasticity increases with decreasing dead-rise angle, increasing impact velocity, and increasing the value of the highest local natural period of the structure. It is emphasized that the slamming problem must be hydrodynamically studied from a structural point of view. Comparisons between theory and full-scale measurements of slamming-induced local strains in the wet-deck of a catamaran are presented. The importance of the rigid body vertical accelerations and the influence of the side-hulls on the impact velocity are pointed out. Received: October 4, 2000     

4250 TEU集装箱船舵空泡试验研究

大型集装箱船航速高,主机功率大,实船航运中半平衡舵上易产生由空泡引起的剥蚀危害。为改善这种状况,在船研所空泡水筒进行了4 250 TEU集装箱船舵空泡试验研究。观察操舵过程中舵空泡产生的情况,探讨降低舵剥蚀的方法,延长舵的有效使用年限。     

核动力集装箱船经济性分析

以大型集装箱船为研究目标,通过对普通燃油集装箱船与核动力集装箱船的运行费用进行分析,并对2种船舶全寿期内的运行费用进行比较。结果表明,在全寿期内,核动力集装箱船相比普通燃油集装箱船在油价高于367美元/t时,具有较好的经济性。     

大型集装箱船整船有限元分析计算技术研究

本文在研究大型集装箱船整船分析的基础上,总结研究和发展了二种集装箱船整船有限元分析时调整节点力和惯性平衡的处理方法.对于正确地进行大型集装箱船整船结构强度直接计算具有指导作用和实用价值.同时本文提出了对集装箱船整船结构强度分析的分工况计算和应力合成技术,可应用于集装箱船的整船结构有限元计算分析.     

集装箱船结构动力学分析

以某3 100 TEU巴拿马型集装箱船为例,建立集装箱船体全船结构三维有限元动力学分析的计算模型,对船体结构进行实特征值、有阻尼瞬态响应的计算分析;采用Lanczos方法计算特征值;采用模态方法进行瞬态响应分析.分析结果表明,该船在运营过程中容易出现扭转振动,需要对驾驶甲板的侧翼结构进行修改设计,但其振动强度在总体上是...     

大风天气下洋山港超大型船舶撤离泊位方法研究

根据洋山港自然、地理条件,运用目前在航道论证方面已经比较成熟的船舶操纵模拟器,有针对性地对大风天气下靠泊超大型船舶安全撤离泊位方法进行了研究;根据所选8000 TEU超大型集装箱船舶的模拟船型撤离泊位进行模拟实验的结果和在对实验数据充分、系统分析的基础上,提出了超大型船舶安全撤离泊位的具体方法,为洋山港超大型集装箱船舶在大风天气下安全撤离泊位提供比较科学的参考依据。