斜浪条件下大型集装箱船扭矩特征及结构强度研究

随着大型集装箱船的发展,斜浪条件下的扭矩载荷特性及其结构响应日益重要。以某大型集装箱船为研究对象,建立水动力湿表面计算模型和质量模型,研究基于扭矩传递函数和主要载荷控制参数的斜浪设计波参数确定方法,分析不同超越概率水平下扭矩计算值的规律。考虑典型斜浪参数和超越概率水平,分析水动力计算扭矩与船舶规范(ABS和HCSR)扭矩的差异及原因,提出集装箱船扭矩载荷计算与应用的建议。通过计算45°,60°和75°斜浪条件下的船体结构应力云图,识别斜浪作用下船体结构响应的关键位置,可作为大型集装箱船结构设计过程中船体梁扭转强度计算、舱口角隅设计、抗扭箱强度评估等的参考。     

关于波浪载荷影响因素的研究

在船舶结构中决定构件尺寸的应力通常是由船体及局部载荷引起的外力与内力的复杂耦合。对大型集装箱船设计进行了研究,分析结果对集装箱船强度计算有一定的参考价值。     

内河集装箱船弯扭强度分析

以内河集装箱船为研究对象,运用Patran/Nastran对整船建模、施加边界约束载荷及求解。对全船结构有限元模型在设计波载荷作用下分析计算得到各种工况下船体结构的应力、变形响应,获得船体结构强度特点,对该类船舶的结构进行优选设计。     

8 530 TEU集装箱船全船弯扭强度和舱口角疲劳强度分析

8 530 TEU集装箱船的船长和船舱大开口宽度都显著超过国内船厂以往建造的集装箱船,因此对该船的波浪诱导载荷、全船弯扭强度,以及舱口角的疲劳强度都作了认真研究。研究中建立全船有限元模型,用来分析波浪诱导载荷,计算船体结构应力水平等。在此基础上,选取3个典型的舱口角,建立精细有限元模型,利用热点应力法,计算舱口角热点应力范围和热点疲劳寿命。最后总结出该集装箱船的全船弯扭强度和舱口角疲劳强度的特点。     

5500TEU集装箱船扭转强度分析

综合考虑集装箱船扭转强度分析的几种通用方法,以5 500 TEU集装箱船为例,采用基于薄壁梁约束扭转理论的SDASH软件分析在斜浪状态下由波浪扭矩引起的翘曲正应力,再与船体梁弯曲正应力叠加,考察该船的船体梁总纵强度,进行总体扭转强度分析。认为从提高剖面的扇性惯性矩出发,增加相应构件的板厚,对提高大开口船型的扭转强度具有明显的效果。     

波浪载荷作用下船体大变形对尾轴承负荷的影响

基于有限元法,建立了波浪载荷计算模型和船体变形计算模型,以某大型集装箱船为对象,计算了满载、漂浮和压载3种典型工况下的船体变形。同时计算了波浪载荷作用下,计入浪向、浪高和波浪频率的船体变形。研究了漂浮、满载、压载和波浪载荷作用下的尾轴承负荷值,揭示了波浪工况对尾轴承负荷的影响规律及影响水平,对船舶尾轴承计算规范提出了建设性的意见和建议。     

大型集装箱船弯扭总纵强度分析方法研究

薄壁梁理论的数值分析方法广泛应用于中小型集装箱船弯扭总纵强度分析,然而其对于具有大量复杂台阶结构的大型集装箱船的适用性有待进一步验证。为解决此问题,本文提出了整船三维有限元弯扭翘曲应力计算方法,通过建立节点力平衡方程,实现规范设计弯矩和扭矩加载,计算船体翘曲变形时的正应力。通过实船计算,整船三维有限元翘曲应力计算结果与薄壁梁理论数值分析法计算的翘曲应力吻合较好,从而验证了本文的计算方法和薄壁梁理论的数值分析方法均可适用于大型集装箱船弯扭总纵强度分析。     

集装箱船整船有限元结构分析

文章以一艘１７００箱集装箱船为例,阐述了整船有限元结构分析方法。先建立全船有限元模型和质量模型,再用三维流体动力计算程序进行波浪随机载荷的长期预报,并在此基础上导出设计波参数组,最后,在全船有限元模型上 计算得出船体结构在各个设计波上的应力分布和变形结果,所得到的船体结构有限元分析结果对同类型集装箱船的设计和强度分析有一定的参考价值,对其它类型的船舶结构强度分析也有一定的借鉴意义。     

舰船在恶劣海况中非线性波浪载荷与上浪载荷研究（英文）

在恶劣海况中航行的舰船不仅会发生大幅的运动而且还会承受一些非线性波浪载荷,比如上浪与砰击载荷。这些高频的非线性波浪载荷的联合作用(尤其是砰击)会影响船体结构安全。为此,过去几十年里大量学者开展了相关的研究。本文介绍了在中国船舶科学研究中心耐波性水池开展的一条舰船模型的波浪载荷试验研究,研究测量了模型在多工况下的波浪载荷与上浪压力。其次,使用了二维非线性程序(NORS)基于势流理论并考虑非线性对该船在大波高中的波浪载荷开展了数值计算研究。NORS程序能够在时域内考虑瞬时湿表面变化、船体砰击上浪载荷,其计算精度在大量的工程计算中得到了验证。另外,基于试验结果与数值计算结果,分析研究了船体波浪载荷的频率特征、试验结果中上浪载荷变化的特征。本文研究结果可以对该舰船结构强度评估和结构设计起到支撑和指导作用。     

大型矿砂船货舱段结构强度的有限元分析

大型矿砂船(VLOC)具有船体尺度大、载荷高等特点,对高应力区可能产生应力集中的重要结构构件、节点必须进行三维有限元强度计算分析。以250000 DWT大型矿砂船为研究对象,采用通用软件MSC/PATRAN建立舱段结构有限元模型,按照ABS船级社规范,使用SAFEHULL软件,实现了舱段结构强度的有限元计算分析,对货舱段主要构件进行了直接强度评估,保证了大型矿砂船船体结构的强度安全。     

A practical method for torsional strength assessment of container ship structures

Container ship structures are characterized by large hatch openings. Due to this structural property, they are subject to large diagonal deformations of hatch openings and warping stresses under complex torsional moments in waves. This necessitates torsional strength assessment of hull girder of container ships in their structural design stage. In this paper, a practical method for torsional strength assessment of container ship structures with transparent and consistent background is discussed based on the results from up-to-date analyses. In order to estimate the torsional response characteristics as accurately as possible, three-dimensional Rankine source method, after being validated by tank tests, is employed for estimation of wave loads on a container ship, and FE analyses are conducted on the entire-ship model under the estimated loads. Then, a dominant regular wave condition under which the torsional response of the container ship becomes maximum is specified. Design loads for torsional strength assessment that give torsional response equivalent to the long-term predicted values of torsional response are investigated based on the torsional moments on several container ships under the specified dominant wave condition. An appropriate combination of stress components to estimate the total hull girder stress is also discussed.     

集装箱船等效设计波法中疲劳载荷概率系数的确定

为了在应用等效设计波方法时将船体梁载荷规范包络值、运动包络值、加速度包络值转换为疲劳评估载荷,需得到疲劳载荷概率系数这一重要参数。采用基于三维势流理论的水动力计算软件,分析多型集装箱船不同航速及超越概率的载荷长期预报值,得到用于疲劳评估的疲劳载荷概率系数的直接计算值。对直接计算值进行回归分析,拟合出各载荷的概率系数简化公式。结果表明,简化公式比较理想。     

Design safety margin of a 10,000 TEU container ship through ultimate hull girder load combination analysis

Assessment of the ultimate longitudinal strength of hull girders under combined waveloads can be of particular importance especially for ships with large deck openings and low torsional rigidity. In such cases the horizontal and torsional moments may approach or exceed the vertical bending moment when a vessel progresses in oblique seas. This paper presents a direct calculation methodology for the evaluation of the ultimate strength of a 10,000 TEU container ship by considering the combined effects of structural non-linearities and steady state wave induced dynamic loads on a mid ship section cargo hold. The strength is evaluated deterministically using non-linear nite element analysis. The design extreme values of principal global wave-induced load components and their combinations in irregular seaways are predicted using a cross-spectral method together with short-term and long-term statistical formulations. Consequently, the margin of safety between the ultimate capacity and the maximum expected moment is established.     

基于设计波的载重3600t干货船结构强度直接计算分析

为准确评估超规范的载重3600t大通舱干货船的弯扭强度及变形水平,采取全船水动力分析及全船有限元直接计算的方法,对各工况下的主要载荷参数进行长期预报,推导出对应等效设计波各参数。根据等效设计波求出各工况全船所受的波浪诱导动载荷,施加到全船有限元模型上,进而对船体弯扭强度及变形水平进行评估。比较了单舱船及货舱中部设一道横舱壁的两舱船,得出单舱船屈曲强度不足的结论,并提出改善屈曲强度的方案。     

船舶波浪载荷短期极值的经验公式

对散货船、油船、集装箱船的多艘实船进行了短期波浪载荷直接计算,分析了这三种船型的船舯垂向弯矩、L/4(L为船长)处垂向剪力、3L/4处垂向剪力的若干规律,以及集装箱船型的扭矩、船舯水平弯矩的若干规律.根据这些规律,总结出一套针对特定船型的短期波浪载荷极值的完整计算公式.     

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。     

集装箱船弯扭耦合振动分析

本文基于薄壁结构力学基本理论，提出了一种适合于大开口集装箱船弯扭耦合振动分析的薄壁梁有限元模型。该模型考虑了翘曲、剪切及剖面转动的影响，以及货舱大开口和抗扭箱（甲板梁）引起的结构不连续性。其例中，计算结果与三维有限元分析结果、模型试验结果相当吻合，而薄壁梁有限元的计算效率要高得多，算例还表明抗扭箱（甲板梁）对提高集装箱船的抗扭刚度有十分重要的意义。     

集装箱船整船结构三维有限元强度分析方法研究

以3800TEU集装箱为例,用二维切片理论进行了波浪长期预报,并在此基础上导出等效波组,在整船结构有限元模型上计算船体结构在各等效波上的变形和应力分布。文中叙述的整船结构有限元分析方法,也可以用于其他类型船的整船结构分析。     

基于谱分析法的大型集装箱船疲劳强度评估

本文采用谱分析法对船舶进行疲劳强度评估,论述了谱分析法的基本原理.以1艘大型集装箱船为例,利用MSC.Patran软件进行全船有限元建模,采用三维线性势流软件Compass-Walcs进行波浪载荷计算,通过PCL语言完成波浪载荷及舱室惯性力的自动加载,结合S-N曲线和Miner线性累积损伤理论对大型集装箱船的典型部位进行疲劳强度评估.     

万箱集装箱船典型货舱结构极限承载能力计算

随着世界货运量的需求增加,集装箱船的大型化发展从未停止。近十年内,有2艘大型集装箱船先后在海上遭到极端载荷而丧失结构承载能力以致发生灾难性毁坏,给航运界敲响了警钟。为了避免今后大型集装箱船再次遭遇上述严重事故,保证营运中使用的安全性和航行时结构的可靠性,国际船级社协会专门针对集装箱船的规范要求进行修改,提高了载荷设计值,并且要求评估典型货舱结构的极限承载能力。本文针对万箱集装箱船典型货舱结构,基于逐步破坏法和有限元法,计算了垂向和水平方向的极限弯矩。结果表明,在初步设计阶段逐步破坏法有着快速高效的优势,但是考虑到载荷变化的多样性和船体结构的复杂性,还是需要应用非线性有限元法进行建模计算,给出最终评估结果。