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。     

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。     

近海风电设备安装船波浪载荷预报

本文以自航自升式近海风电设备安装船为研究对象,基于其特殊的船体外形建立不同装载工况下的水动力模型,应用水动力分析软件AQWA计算船舶典型横剖面处的波浪载荷幅值响应算子,在此基础上分析目标海况下指定概率水平的弯矩和剪力的长期统计值,为近海风电设备安装船结构设计和强度校核提供外部载荷。     

极端海况下船舶总纵极限强度可靠性计算方法

船舶全海域大型化是一个发展趋势,因此船舶总纵极限强度可靠性计算中需要将极端波浪的影响参数考虑在内。一般的载荷计算方法并没有考虑极端海况中出现的特殊波浪载荷的影响;另外对于可靠性分析,极端载荷是更为复杂的随机变量,一般的船舶可靠性计算方法因为局限于某种特定分布,可能出现无法适用的问题。选取极端海况中上浪、砰击和大幅纵摇等对船舶总纵波浪弯矩有较大影响的因素,从航行界限的角度出发,将这些因素引入极端波浪弯矩的计算中,所得极端波浪海况下的波浪弯矩极值数据比常规波浪弯矩极值更大。参考实验数据表明,考虑极端波浪海况的波浪弯矩计算方法能在一定程度上更加真实地反映船舶所受波浪载荷;其次通过考察不同可靠性计算方法的特点,利用实例计算,给出极端海况下船舶总纵极限强度可靠性计算方法的选取建议。     

基于拟合波浪载荷船体梁总纵极限强度可靠性分析

船舶波浪弯矩在规则波中的频响函数以半解析的形式给出,同时考虑了实船非直舷及底部砰击因素的非线性影响.提出了波浪弯矩的非线性经验拟合表达式以及波浪中的统计分布特性,它能快速准确地预报波浪载荷极值.最后提出了针对船体梁总纵极限强度进行可靠性分析的方法,并给出实船算例.研究结果表明,给出的方法既适用于概念设计阶段对船舶结构的安全性评估,也满足对实船波浪载荷的快速预报及结构强度可靠性分析的要求.     

主体瘦长度对三体船耐波性和波浪载荷的影响

针对某千吨级三体船母型船,在保持排水量不变的前提下,调查长宽比对运动和载荷的影响,并通过船型变换得到长宽比在12~19之间的6种系列派生船型;应用三维时域Rankine方法软件WASIM对不同长宽比系列船体的纵向运动和波浪载荷进行频响计算,并进一步结合海浪谱分别计算4~6级海况下船体纵摇和升沉运动统计值以及船体剖面弯矩和剪力沿船长单位的分布。分析发现,当主体长宽比从12.27增加至19.16时,纵摇和升沉的最大峰值分别下降了近60%和35%,但剪力和弯矩的峰值则分别增大了2倍和3.5倍。进一步将直接计算的总纵弯矩和剪力与英国劳氏规范相比较,发现6级海况下剖面剪力有义值的计算结果已超过规范的规定。结果表明:主船体的长宽比对耐波性和波浪载荷具有相反的影响,即主体越瘦长,运动响应越小,耐波性越好;但主体越瘦长,总纵弯矩和剪力会大幅增加,对船体结构产生不利影响。因此,在设计之初确定瘦长三体船的主尺度,特别是瘦长度时,应兼顾考虑船体运动响应与波浪载荷的影响。     

超大型油船破损剩余强度可靠性分析

根据MARPOL公约,对CSR-H规定的破口范围进行概率分析。以一艘超大型油船为例,分别统计了单舱破损后各个肋位的静水弯矩概率特征和基于全球海况谱的一周波浪弯矩预报值;基于Smith法的船体梁极限弯矩计算软件,分别统计了各舱破损后极限弯矩的概率特征;采用改进一次二阶矩法,计算了各舱破损后的剩余强度可靠度。研究结果表明：机舱和首尾货舱发生破损后整船失效概率较低,中部货舱区域发生破损后整船失效概率较大,尤其在静水中垂破损工况下最危险,失效概率在10^-2量级。     

浅吃水肥大船波激振动研究

本文根据船舶水弹性统一理论,研究了波浪引起的船体对称振动,编制了计算程序,并作了实例计算和浅吃水肥大船分段弹性龙骨模型试验,两者结果比较基本相符。本文还用切片理论计算了浅吃水肥大船的波浪诱导弯矩和切力,表明该理论预报船体的动力响应误差较大,在船舶设计中宜采用新的船舶水弹性理论。     

海浪统计资料对船舶波浪弯矩设计值的影响

对船舶,特别是超规范船舶,进行结构的直接计算设计时,首先要知道波浪弯矩设计值。 要确切地做到这一点,设计人员应合理地选择船舶航行海域的海浪长期统计资料,然后根据船 舶的装载工况和实际可能达到的航速,借用线性理论或非线性理论进行波浪弯矩的长期预报 来确定设计值。本文就一艘大型集装箱船舶,按五个典型海域的海浪统计资料,对波浪弯矩及 波浪合成弯矩作了长期预报计算,并与 ＩＡＣＳ的统一纵强度要求ＵＲ—Ｓ１１的结果作了比较和 分析,给出了对船舶结构直接计算设计有指导意义的几点结论。     

用于轴系校中的船体变形计算研究

船体变形是影响船舶推进轴系校中质量的一个非常重要的动态因素.在综合考虑引起船体变形的三种主要因素的基础上,以76000t成品油轮为例,计算了极限装载状态下的重力分布和极限海况时的波浪载荷.通过对整船有限元模型合理施加重力、浮力及环境温度载荷,并模拟船舶水弹性约束,得到船体二层底的局部变形,为在轴系校中计算中计入船体变形的影响奠定了基础.     

IACS波浪弯矩设计值与长期预报理论计算值的比较

本文分析了国际船级协会（ＩＡＣＳ）纵向强度标准Ｓ１１中波浪弯矩设计值与在采用ＩＡＣＳ ＷＰ／Ｓ委员会推荐的海浪谱和海况统计资料条件下的长期预报理论计算值的关系，大量计算实践表明后者总体上要比前者大１．５倍，文中最后建议为了把长期预报这一技术应用于船体波浪弯矩的直接设计计算，对上述预报过程可取１０＾－５．５概率水平时的长期预报值作为船体波浪弯矩设计值。     

船体水平波浪弯矩和扭矩规范计算公式的比较研究

本文用各主要船级社规范中给出的公式计算了２０艘各种类型的典型船舶的船体水平波浪弯矩和波浪扭矩,并对计算结果进行了比较分析。文中还将中国船级社近期编制的《船体结构疲劳强度指南》中给出的船体水平弯矩和波浪扭矩公式与国外船级社的公式进行了比较。     

恶劣海况中大外飘型舰船的总载荷颤振响应分析

[目的]舰船遭遇恶劣海况时艏部砰击会激起船体梁颤振响应,威胁到总纵强度的安全。砰击颤振弯矩与船体刚度和外飘构型相关,但不同船型结构布置和型线差异大,有必要针对大外飘型舰船开展颤振响应分析。[方法]首先,采用COMPASS-WALCS-NE势流时域水弹性方法预报设计海况下的船体梁总载荷,并与分段自航模试验对比验证;然后,再提取艏部砰击合力、典型时刻的船体运动状态和船体梁总载荷响应的时历曲线,通过分析波浪载荷高低频分量的相位差异,研究船舯砰击弯矩与艏部砰击合力的关联性;最后,围绕船体主要设计参数进行敏感度分析。[结果]在设计海况艏部入水时,其砰击合力出现了2次峰值,分别对应于底板和外飘区域的大面积触水过程;颤振弯矩主要由艏部外飘砰击引起,受力面积大,合力距离船舯远,导致砰击弯矩达到了波浪弯矩的同等幅值;大外飘型舰船的砰击弯矩对波高变化最为敏感。[结论]对于大外飘型舰船的总纵强度评估应考虑砰击颤振的影响,对于中垂砰击弯矩需要直接与静水成分、低频的波浪成分叠加,而中拱砰击弯矩应考虑阻尼耗散,可先折减再叠加。     

不同海况下艏部砰击及鞭状效应的试验与数值分析

为了更深入地研究船舶的鞭状效应,在拖曳水池中对某船进行了艏部砰击及鞭状效应分段模型试验研究。提出了一种可以考虑砰击力的非线性水弹性计算方法。并改进了传统的分段模型,采用变截面梁对船体刚度进行模拟以更好地接近实船。在规则波迎浪下观察到了严重的艏部砰击现象。试验数据表明,当波高从5.6m增大到21m时,由于鞭状效应原因,总弯矩相比低频波浪弯矩的增大值从24.64%增长到92.02%。最后,将不同海况下的测量结果与基于线性与非线性水弹性理论的计算结果进行了比较分析,初步验证了文中方法和程序在预报船体波浪载荷中的适用性。     

基于谱分析法的船舶结构疲劳强度评估

本文采用基于谱分析法的直接计算法对某船舶结构进行疲劳强度评估。基于三维势流理论与北大西洋海况对该船舶进行水动力分析,得到了满载巡航工况下的波浪压力分布和舱段端面的水平弯矩、垂直弯矩、横向扭矩。同时根据船舶具体结构形式和数值计算的可行性对船体结构进行适当简化,并选用合适类型的单元对船舶结构进行离散,从而得到了船舶三舱段有限元模型。将波浪压力、惯性力、端面弯矩等载荷施加到舱段有限元模型上,得到了典型热应力点的疲劳强度应力值,然后通过谱分析法估算出疲劳寿命。研究结果可为该船舶初步设计阶段的结构优化提供有益参考和借鉴。     

UR S11A对船体梁波浪载荷长期极值的影响研究

2016年7月1日起生效的新版UR S11A以提升集装箱船结构安全为目标,替代了之前的版本UR S11。论文对UR S11A和UR S11中关于船体梁波浪载荷长期极值的计算公式和技术背景进行了比较。以已经交付运营或正在建造中的14型不同尺度集装船为分析数据库,对这两个规范在确定波浪载荷长期极值中的应用进行对比研究。然后以一型超大型集装船为算例,用基于线性波浪载荷的谱分析法、基于非线性波浪载荷的等效设计波法和非线性等效设计海况法等三种长期极值预报方法,对船舯区域垂向波浪弯矩进行计算,并分析它们与规范值之间的差异。总结UR S11A对船体梁的波浪载荷长期极值的影响,也为集装箱船波浪载荷设计极值的确定提供参考和建议。     

关于船舶规范中计算载荷的分析

本文利用非线性切片理论，以两条不同类型的船舶为例，具体分析了现行规范中关于波浪弯矩、砰击振动弯矩以及弯矩迭加计算时存在的一些问题；指出了在确定计算载荷时应当计及船舶在波浪中的失速，所谓的谐振波不一定就是最危险的规则子波，按动量冲击理论计算以底部砰击为主的船舶是不合适的，不应把波浪弯矩和砰击报动弯矩的最大值简单相加来确定合成弯矩。     

恶劣海况下船舶砰击颤振响应特性数值计算与试验研究

[目的]针对恶劣海况下船舶所受砰击颤振响应现象,探究船舶非线性波浪载荷与瞬态高幅值砰击载荷的耦合作用。[方法]采用计算流体动力学与有限元方法（CFD-FEM）相结合的双向流固耦合方法对S175集装箱船进行数值仿真计算,并与试验结果及切片理论计算结果进行对比验证;采用分段变截面弹性龙骨梁模型开展船舶的砰击颤振特性模型试验,基于CFD-FEM双向流固耦合方法开展船艏砰击载荷及高频非线性砰击颤振响应特性分析,并与模型试验结果进行对比验证。[结果]结果显示,波浪砰击载荷对船艏颤振响应的影响不可忽视,6级海况下由砰击颤振诱发的二阶高频成分分量占低频波浪弯矩的59.86%。[结论]采用基于CFD-FEM的双向流固耦合方法可准确计算船首砰击颤振响应;在高海况下船舶所受非线性波浪载荷及结构动态响应易受船首瞬态砰击载荷的影响,在船舶结构设计与安全评估中需考虑高频砰击颤振的情况。     

南海超大型抓斗疏浚船波浪载荷下结构强度评估研究

以一艘200方抓斗式疏浚船为例,阐述船舶波浪载荷长期预报和全船有限元直接计算方法。讨论不同波浪散布函数对船舶波浪载荷计算结果的影响。针对不同海域进行波浪载荷长期预报,通过对比分析得到南海海域波浪载荷水平,提出了南海工作船舶波浪载荷预报建议。在此基础上,对全船进行结构有限元分析,得到不同海域中全船结构应力水平,并对船体局部结构进行了优化,为在南海进行施工作业的疏浚船的设计提供参考。     

全航速三维线性波浪载荷时域内数值计算研究

高速船舶波浪诱导载荷存在航速效应,波浪诱导船体垂向弯矩随航速增加而增加.针对某集装箱船采用三维时域全航速水动力分析理论预报集装箱船在波浪上的运动性能和剖面载荷,深入分析船体运动性能和剖面载荷的航速效应,得到船体纵荡、横荡,横摇和首摇以及船体扭转波浪弯矩航速效应显著,为船舶结构设计人员在波浪载荷的计算上有一定的参考.