极地航行船舶冰带骨架系统规范设计研究

基于IACS极地船级(Polar Class)规范环境,以中国船舶及海洋工程设计研究院(MARIC)正在研发的一型满足PC3级的万吨级极地自破冰科学考察船为研究对象,通过实际算例分析,重点论述冰级、骨架型式及参数、首部形状等对冰带区域骨架系统规范设计的影响。基于研究船型,对冰带舷侧骨架系统进行多方案比较分析,证明在冰带结构质量控制方面,横骨架式布置方案有其优势。     

冰载荷空间分布对舷侧结构响应的影响

极区船舶与浮冰发生碰撞时,冰载荷压力并不均匀,主要分布于结构与浮冰接触的中心区域,这与冰区加强区域结构设计和强度校核采用均布压力作为设计载荷并不一致.参考真实压力分布,以实测压力分布形式离散模拟冰载荷,形成考虑空间分布的冰载荷加载方法.建立舷侧结构有限元模型,分别以均布和考虑空间分布的离散方式将基于能量法计算所得冰载荷作用于舷侧,同时考虑不同浮冰形状和作用位置对空间分布的影响.结果 表明,冰载荷的空间分布对结构响应结果的影响较大,其中浮冰形状为楔形,且作用位置为板格中心的加载工况最为显著.研究过程与结论可为极区船舶设计考虑船冰相互作用时的冰载荷加载方式提供参考.     

大型油船冰区加强结构设计研究

介绍芬兰-瑞典冰级规范和主要船级社规范对冰级和冰带区域的划分,分析冰载荷及其作用原理。以10.99万吨AFRAMAX成品/原油船为载体,研究结构布置形式及高、低位冰区水线等冰区加强设计难点和对策,指出冰区加强设计中应注意的有关问题,提出冰区航行船舶设计时应遵循的原则,得出IA冰级符号将使船体结构增重1.05%的结论。     

冰区航行船舶冰阻力研究方法综述

船舶在冰区航行时的冰阻力性能一直是国内外关注和研究的重点。冰阻力的研究主要集中在经验方法、数值模拟和实验研究三个方面。同时,由于冰区船舶在航行过程中频繁地与冰层或浮冰产生碰撞,海冰的材料结构和力学性质对冰阻力的研究有重要影响。文章从冰的物理力学特性出发,简要回顾几种重要的冰本构关系模型及其适用性;并从经验方法及试验与数值模拟相结合两个角度,回顾和讨论浮冰区和平整冰区中船舶的冰阻力性能研究进展;最后,基于研究现状提出尚需进一步解决的问题。文章旨在介绍冰区船舶冰阻力性能的研究进展,望能为后续冰阻力研究提供参考。     

极地船舶冰载荷直接计算及结构强度评估

关于设计冰载荷的计算，目前各大船级社略有所不同，存在着几个独立计算体系，而对于船舶在冰载荷作用下的有限元直接计算，各大船级规范中没有给出说明，也几乎都没给出相关指导文件，本论文根据一艘极地原油船项目，送审DNV-GL船级社，与其交流沟通送审过程中，整理出一条关于极地船舶冰载荷直接计算的方法，并得到船级社的认可。     

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。     

碎冰区航行船舶螺旋桨载荷数值模拟研究

冰区航行船舶螺旋桨会与碎冰发生碰撞,产生的冰载荷对螺旋桨的危害较大。本文模拟冰锥与刚体碰撞试验以验证计算方法的可行性,基于ALE算法的流固耦合分析方法对不同冰层厚度、密集度以及螺旋桨进速的冰桨碰撞进行研究。研究发现,冰载荷与冰厚基本呈正相关性,冰厚大于0.75 m时,冰载荷成连续分布且最大值增长迅速。冰载荷平均值与冰区密集度呈递增关系,最大值与密集度不呈递增关系,当密集度大于7/10时,冰载荷影响剧烈。螺旋桨进速越大,冰载荷越大,进速大于1.5 m/s时,冰载荷增长迅速。通过冰桨数值模拟分析,为实际船舶螺旋桨在碎冰区航行提供参考。     

冰区航行船舶的设计

概要介绍冰区航行船舶的设计要点，汇总各船级社的相关要求，以及设计的要点和优化。     

冰载荷作用下船体结构强度有限元分析方法

针对船舶在冰区航行过程中船体承受冰载荷的直接撞击作用,存在结构损坏风险的情形,旨在研究建立冰载荷作用下船体结构强度有限元分析的技术实施方法.分析船—冰相互作用特点,研究结构分析时冰载荷的理想化及施加方法,基于冰区船舶结构特点提出极地船舶有限元建模方法,考虑线性和非线性分析方法的差异研究结构强度校核准则,在此基础上,构建线性和非线性有限元分析方法在极地船结构强度分析过程中的实施方法和技术途径.通过实船结构船首和船中结构强度分析的计算验证,该方法具有较好的可操作性,可为极地船舶的结构强度分析提供参考.     

冰区加强船冰载荷仿真计算与轴系设计

根据船舶的冰级符号与母型船的原始设计,进行极限冰载荷计算并确定轴系直径,然后在频域内进行扭振计算,满足稳态扭振要求;在此基础上,进行瞬态扭振计算,得到时域内的轴系响应扭矩,对相关参数进行校核。     

船舶受非均匀风力的计算方法

在船舶航海性能及航泊机动的定量分析中,通常以均匀风取代实际的非均匀风,从而影响了定量分析的精度及分析的可靠性。现提出一种新的计算作用在船舶非均匀风力的方法。仿真表明,该方法是可行的。     

大型补给舰船液舱晃荡载荷计算方法

随着补给舰船的大型化,补给舰船中的液舱晃荡问题开始凸显。为给大型补给舰船的液舱结构设计提供方便、可靠的晃荡载荷输入,基于改进的VOF法,以Youngs法重构自由液面,结合部分单元参数概念,提出了一种精度更高且数值稳定的、处理非矩形复杂舱室边界晃荡载荷的计算方法。通过对不同装载情况的液舱晃荡进行数值分析,并与Hirt-Nichols算法以及实验结果进行对比,证明该方法可有效改进自由表面的模拟效果,提高舱室内部速度、加速度和压力的预报精度。网格敏感性分析证明该方法的数值稳定性较好,较粗的网格也能达到较高的精度。所建立的晃荡载荷计算方法可用于对补给舰船的液舱晃荡设计载荷进行快速、准确的预报。     

面向国产大型邮轮的虚拟设计评审方案研究

本文分析了国内大型邮轮三维设计模型的虚拟评审需求,基于Intergraph Smart 3D和SmartPlant Review软件,提出了国产大型邮轮虚拟设计评审的总体解决方案。该方案采用三维模型轻量化、模型虚拟评审以及大型邮轮设计-评审数据转换等关键技术,实现了面向大型邮轮设计的沉浸式三维模型全流程虚拟评审,并通过在国产大型邮轮设计模型上的应用测试,验证了该方案的可行性,可为提高大型邮轮设计生产效率、缩短建造周期以及降低生产成本等提供重要的技术支撑。     

冰载荷的特性研究

应用六自由度数值模型对某破冰船的连续式破冰过程进行数值模拟,得到其冰载荷的时历,并将其与试验结果进行比较,验证该方法的正确性,同时分析冰载荷动态性变化的原因。通过计算得到破冰船在不同速度及冰厚条件下的冰载荷和运动响应,以及航速与船舶冰载荷之间的关系。     

极地船舶吊舱结构冰载荷计算方法研究

该文根据国外船级社规范,初步探索了一套适用于吊舱结构冰载荷应用分析的计算方法.选取典型吊舱作为计算对象,对两种典型冰况作用条件下的吊舱包结构开展有限元计算工作,验证了本方法的工程适用性.与采用挪威船级社和中国船级社新推荐方法得到的吊舱冰载荷计算结果相比,本方法得到的计算结果没有出现非常离散的情况,差别不大.     

智能船舶的发展研究

概述智能船舶的由来和演进,综述国内外智能船舶的发展现状及智能船厂的发展现状,总结智能船舶相关配套技术,展望智能船舶的发展趋势.     

舰用钢质夹层结构连接节点研究现状综述

激光焊接钢质夹层结构的连接节点,是钢质夹层结构在舰船应用中的关键问题之一。梳理了钢质夹层结构之间、钢质夹层结构与传统船体结构之间的典型连接节点;阐述了钢质夹层结构连接节点的必要性和重要性,分析了连接节点设计需考虑的多种因素：连接强度、制造工艺和结构重量;汇总了平面对接的连接形式的现有研究成果,并总结了2种高效的有限元分析方法：平面应变模型的分析方法和壳-体连接结合子模型的分析方法。     

极地船舶冰带区域关键节点研究

结合某极地物探船的舷侧结构和冰载荷的作用特点,选取艏部冰带区域的4类典型节点,分别研究各节点的不同形式和设计尺寸.在局部有限元模型中逐步添加8种形式的节点子模型,通过比较各种节点在冰载荷作用下的结构响应,筛选出最优的节点形式,同时完成冰带区域结构强度分析.研究成果可供其他极地船舶冰带区域关键节点的设计与建造参考.     

考虑冰、浪等复杂载荷工况的半潜式平台应力与运动响应特征

半潜平台在极地深水海域应用广泛,经常面对冰、浪等复杂载荷。本文从应力时程和运动时程两方面分析了半潜平台在波浪载荷,海冰载荷以及冰-浪联合载荷作用下的响应特征。结果表明,虽然海冰载荷的存在具有一定程度的抑波作用,平台的震荡得到缓解,但是冰-浪联合载荷会导致平台关键节点部位所受应力幅值大幅增加,并超过海冰和波浪单独作用产生的应力之和,对半潜平台的结构安全造成较大威胁。因此在研究、设计极地海域半潜平台时应同时考虑冰、浪对平台的影响。     

船首形状对船-冰碰撞性能的影响研究

基于冰的各向同性弹性断裂模型,分别以船首的初速度和冰的厚度为变量,采用LS-DYNA非线性有限元软件对不同船首形状与冰排碰撞问题展开数值模拟研究。研究结果表明,不同形状船首在相同工况下其破冰距离、受到的冰载荷以及能量变化有显著差异。前倾首、飞剪首的破冰能力比直立首、球鼻首强,随着船首初速度的增大、冰厚的增加,飞剪首的破冰能力逐步好于前倾首,球鼻首的破冰能力逐步好于直立首。本文研究对于航行于季节性冰区的船舶具有一定的指导意义。