冰区船舶碎冰载荷模拟及影响参数分析

本文采用二维离散元法模拟碎冰与船舶的相互作用。运用海冰粘弹性的Kelvin模型,结合船舶与碎冰的耦合运动,通过Newmark法求解三自由度船舶运动方程,计算船舶航行于碎冰区的碎冰载荷。与相关文献进行对比,验证本文数值模型的可行性。研究海冰不同的弹簧系数、粘性阻尼系数与摩擦系数对碎冰载荷的影响。结果表明：二维离散元数值模拟满足计算要求;相比于粘性阻尼系数,弹簧系数与摩擦系数对碎冰载荷影响更显著。本文的研究可为极地船舶碎冰阻力设计和船模实验提供理论帮助。     

冰区海上风机结构的冰激疲劳寿命分析

冰载荷是诱发冰区海上风机结构疲劳破坏的重要因素,通常采用加装抗冰锥体的方式将海冰的挤压破坏转化为弯曲破坏,从而减小峰值载荷并削弱冰激振动。针对锥体风机结构在冰载荷作用下的疲劳寿命开展分析。基于渤海辽东湾某海域的现场监测数据确定了有效冰期、冰厚、冰速等疲劳分析参数,在冰速0～100 cm/s、冰厚0～30 cm范围内均匀划分50种疲劳工况,并将二者的联合概率分布作为疲劳工况的发生概率;采用具有粘结-破碎功能的球体离散单元构造海冰模型,计算风机与平整冰相互作用时的冰载荷时程及对应的热点应力;采用雨流计数法提取热点应力时程中的有效循环次数,根据S-N曲线和Miner线性累积损伤准则进一步计算其冰激疲劳寿命;最后将计算结果与通过锥体结构随机冰力函数构造冰载荷时程而得到的疲劳寿命相比较,验证了基于海冰离散单元模型的冰载荷时程构造方法的安全性与可靠性。     

船舶结构的疲劳校核

本文总结了ＤＮＶ（挪威船级社）最近发布的船舶结构疲劳校核指南中的步骤和建议。这个步骤也包含在ＤＮＶ计算程度包ＮａｕｔｉｃｕｓＨｕｌｌ中。     

冰区航行船舶冰阻力数值研究进展

冰阻力是影响船舶在冰区航行性能的关键因素。当前主要的冰阻力研究方法有经验公式法、模型/实船试验法和数值模拟方法。数值模拟方式能够对船舶破冰的全过程进行快速模拟,且模拟成本低,参数易于控制 、结果较为准确,是一种比较适宜的冰阻力预报方法。随着计算技术的进步,各种数值模拟方法层出不穷,其中包括基于网格单元的有限元模型,基于无网格方法的离散元模型、SPH法、近场动力学模型等;近年来,网格模型与无网格模型的耦合方法也逐渐发展起来。文章简要梳理了冰区航行船舶冰阻力数值研究的进展,并基于研究现状提出尚需进一步解决的问题,意在为进一步提高冰阻力数值模拟精度提供参考。     

一种基于冰载荷引起的船体结构疲劳损伤分析方法

目前对基于冰载荷引起的船体结构强度问题已经发展的较为成熟,但是基于冰载荷引起的结构疲劳强度的研究比较少。针对该问题,如果有一种简化方法来指导早期的结构设计,对船舶设计者来说是很有现实意义的。本文对英国劳氏船级社发布的ShipRight FDA ICE_^[1]作概括性的介绍,旨在向读者介绍这一简单而高效的评估方法以及技术背景和注意要点等。最后文章根据这一方法给出数条油船和LNG船的算例,并验证通过该方法改善疲劳节点的可行性。     

船舶结构疲劳控制设计数据库的研究

如何在设计阶段就能够预测结构的疲劳寿命一直以来是个工程上的难题。因此,科学地预测结构疲劳寿命具有较大的现实意义。针对该问题,本文基于工程热力学基本理论、结构焊接数值算法、结构可靠性、结构疲劳寿命等理论建立了结构疲劳寿命评估计算模型。以为基础,借助有限元法对结构疲劳寿命进行计算,并建立了船舶结构疲劳设计数据库。该数据库能够对结构疲劳寿命进行有效地预测,具有一定的工程应用价值。     

冰区航行中船体结构冰压力分布特性的离散元分析

冰区船舶表面冰压力分布规律是其结构安全预警和冰载荷监测的重要辅助信息.本文采用基于GPU(Graphics Processing Unit)并行和粘结-破碎模型的离散元方法模拟平整冰在不同冰况条件下的破碎过程,进而获得船体结构表面的冰压力分布和大小.在冰压力的计算中,考虑时间上的累积效应,即累积最大值和累积平均值,从多个角度分析了船体结构表面的冰压力危险区域和冰压力分布特性.通过船体结构直行破冰的离散元模拟,分析了船体结构的总体冰载荷和局部冰压力.为验证本文方法在船体结构冰压力分析中的可靠性,根据冰载荷的IACS规范计算了船体结构与大块浮冰自由碰撞过程,对比分析了碰撞点上的冰压力.计算结果表明,离散元计算结果与规范对比误差保持在6.7％～18.1％之间.本文方法为冰区船舶的设计研发提供了可靠的分析手段,其计算结果可为船体结构的冰区航行安全预警和冰载荷监测提供合理的辅助决策信息.     

船舶在冰区航行被困的案例分析

通过对H轮冰区航行被冰围困导致车叶受损案例分析,旨在提高驾驶人员冰区航行安全意识、风险辨识能力和风险防范及控制能力,为保证船舶冰区安全航行提供参考。     

考虑波激振动的超大型船舶疲劳损伤计算

超大型船舶由于相对刚度较低,导致波激振动现象明显。常规的准静态谱分析法未考虑船体的弹性特征及与水动力载荷的耦合效应,无法求解考虑波激振动下的船舶疲劳损伤问题。针对上述问题,以应力模态叠加法为基础,来解决考虑波激振动影响时的船体疲劳强度评估问题,并以某超大型矿砂船为例进行疲劳计算,将结果与准静态谱分析法的结果进行对比分析。结果表明：计及波激振动效应,疲劳应力响应在高频段出现双峰甚至多峰现象,峰值点出现在遭遇频率接近船体固有频率时。波激振动效应使船体结构疲劳寿命大大降低,对于北大西洋海况,船舶在压载工况下的波激振动效应相较满载工况更明显。此方法对解决考虑波激振动下的船舶疲劳评估问题具有一定的参考意义。     

实用船舶结构疲劳评估方法概要

船舶结构的疲劳评估是船舶力学的主要研究领域之一。本文对常用的船舶结构疲劳评估方法——船级社提出的简化方法、谱分析法、设计波法、断裂力学方法,以及概率S-N曲线和概率断裂力学方法进行了概述。首先分别对每种方法中的关键技术细节进行了较为详细的论述,给出了这些技术细节当前的处理方法及存在的主要问题。最后,对各方法进行了总结和概括,指出了每种方法的优缺点,并给出了每种方法未来的研究重点和发展方向。     

冰区船艏部连续破冰模式下破冰阻力数值计算研究

随着计算机技术的发展,数值计算方法已经成为研究冰区船航行性能的有效工具。本文在依托中国船舶科学研究中心小型冰水池（CSSRC SIMB）对破冰船艏部破冰阻力及破冰模式试验研究的基础上,采用离散元基本原理,建立离散元数值计算模型Bri-DEM,对连续破冰模式下船艏模型的破冰阻力进行数值计算,分析冰层破坏模式,并利用冰水池模型试验数据和经验公式对其进行校核,最后利用该计算模型对冰厚和船艏倾角的影响进行预报。研究成果可为冰区船舶冰阻力预报、航行性能评估和船型设计优化等提供有益的技术参考。     

船舶结构有限元分析中分布载荷的离散化

本文给出了船外水压力在船壳板及船体结构有限元网格节点上离散的一种方法。只要适当地选择本文所给出的计算公式，该方法可应用于任何受分布载荷作用的结构有限元分析或其它数值分析法中。     

结构构件疲劳损伤累积的可靠性分析

在目前在船舶与海洋工程结构疲劳可靠性分析中所采用的Ｗｉｒｓｃｈｉｎｇ模型进行了较系统的分析，指出了该模型待改进的主要问题。然后，基于二维概率ＭＩＮＥＲ准则，建立了在变幅载荷谱或随机时间历程载荷谱给定的条件下，对结构构件的疲劳损伤累积进行可靠性分析的新模型。     

基于规范的冰区船舶肩部结构形式设计研究

CCS给出了冰区航行船舶横向和纵向2种结构加强方案。本文利用有限元软件LS-DYNA,模拟肩部采取不同加强方案的船舶与冰体碰撞,对比研究不同碰撞方案下船体结构响应的差异,结果显示横向加强方案具有更强的耐撞性能。所得结论对于选择冰区船舶结构加强方案具有重要意义。     

船舶冰区航行安全分析

0引言俄罗斯瓦尼诺(Vanino)港位于50°N的北太平洋,每年1月到2月上旬冰情最为严重,2月气温低至-25~-20℃,冰层厚度高达50~60 cm(见图1)。为保证船舶航行安全,笔者总结冰区航行经验,供同人参考。1冰区航行风险船舶航行于冰区,必然面临结冰、船体结构冷热变形、压载水排放、螺旋桨保护、船体受损、设备受高寒影响、无法打开舱盖等多方面考验。2航行前准备工作(1)除进行正常航行前准备外,还须召集船舶     

寒区宽大结构局部冰荷载特征研究

为了明确寒区直立宽大结构局部冰荷载的分布特征,本文首先通过海冰单轴压缩实验研究了不同尺寸海冰的压缩强度变化规律.其次,对比目前已有的局部冰荷载计算方法,发现差异性较大;基于离散元数值模拟,对不同海冰条件下多种尺度的结构进行了分析,发现局部冰压力沿冰厚方向呈现出中心较大而两端较小的分布特征,沿结构宽度方向呈现出无规律的随机分布特征,局部冰压力随着接触面积的增大而减小,两者成指数关系.最后,构建了宽大结构局部冰压计算公式,并结合现场测量的冰荷载数据验证其合理性.     

船舶结构疲劳寿命两种分布格式的比较

给出了船舶结构疲劳寿命两种分布格式在疲劳可靠性分析中的统一表达式。采用该统一表达式，分别对英国能源部（UKDEn）、法国船级社（BV）及文献［4]中描述焊接节点的S－N曲线数据进行了计算，并分析比较了船舶结构疲劳寿命两种分布格式的异同和对疲劳可靠性分析的影响。     

基于钢-泡沫夹层结构的船与冰碰撞性能分析

运用非线性有限元基本理论,采用大型动态计算软件MSC.Dytran,建立了基于钢-泡沫夹层结构的船舶首部以及冰体的三维有限元计算模型,分析了碰撞力的大小、船首及内部结构的损伤变形和能量吸收等特性。为研究大型运输船舶船首结构与冰之间碰撞性能奠定基础。通过使用钢-泡沫夹层结构替换舷侧外板,在有效行程内降低了碰撞力和增加总体的能量吸收,提高了整体的碰撞性能。