关于船体总纵强度计算的探讨

重点论述了船体总纵强度计算，船体构件总纵弯曲应力与许用应力的关系。按极限弯矩校核船体总纵强度时，要合理地确定船体结构的安全系数。计算动力弯矩应确定舰船在光涛中迎浪航和的航速和波高，并将计算结果绘出安全航行图，以便确定设计的舰船在无限航区航行的允许航速和波高。     

双壳型船体结构稳态温度场和温度应力

用简化解析方法和有限元数值方法,分析了双壳型船体货舱区域在运载高温液货时的稳态温度场;根据船体结构的温度分布,用有限元法计算了其温度应力,同时与货物压力、海水静动压力、总纵弯矩等载荷作用下的结构应力做了比较。研究结果表明：在货舱结构温度场分析中用简化分析方法和有限元数值方法所得的计算结果相当一致;高温液货大幅度增加船体结构的纵向应力和横向应力,同时加剧结构不连续处的应力集中;槽型舱壁可以有效地释放     

散货船舯剖面纵向构件结构优化设计

本文根据中国船级社《钢质海船入级与建造规范》要求并满足船舶结构强度和稳定性条件，采用分级优化方法，开发了散货船舯剖面纵向构件结构优化设计程序，并以１２０００吨江海直达散货船作为实例进行舯剖面的结构优化设计，获得了较好的效果，船体舯剖面纵向构件重量减少６．７％。最后，分别对原型船和优化船的总纵弯曲进行有限元分析，计算结果表明：原型船与优化船两者的总纵弯曲应力水平基本一致。     

船舶纵向构件疲劳评估的热点应力方法

在中国船级社《船体结构疲劳强度指南》(2001版)提出的用名义应力计算船体结构疲劳强度的基础上,提出了一套对船体纵向构件用热点应力方法进行评估的方法,给出了热点应力的计算有限元模型、计算方法和对应的SN曲线选取的要求。     

桁架平台的连续与间断对船体总纵强度的影响

为掌握桁架平台的连续与间断对全船总纵强度的影响,采用MSC_Patran软件,通过全船有限元分析(Finite Element Analysis,FEA)方法,分别对桁架平台整体性连续布置和将桁架平台间断为多个独立桁架平台布置2种情况下船体的总纵强度进行计算,得出船体主要纵向连续构件的应力分布情况,以及该桁架平台对船体挠度的影响程度,并进行分析对比。结果发现,平台整体性连续布置相比间断布置对船体及桁架平台本身的总纵强度有更好的加强作用。     

纵桁架对船体结构强度的影响研究

基于有限元分析方法分别对只设支柱、设双（单）向纵桁架和设纵舱壁3种结构形式的船型进行了总纵弯曲计算,并与等值梁理论的计算结果进行比较,得出了纵向桁架对船体梁上下翼板弯曲应力的分布、船体挠度及对船体横强度的影响程度。计算采用ANSYS软件,建立参数化有限元模型,利用APDL语言实现波浪载荷的自动施加。     

老龄船体强度校核中载荷及测厚数据的处理方法

为了得到老龄船体剩余强度计算方法,对老龄船体载荷的变化、施加方法及测厚数据的使用方法进行了研究。研究表明,在使用规范计算法计算总纵弯曲应力的过程中,根据新船的剪力弯矩计算书计算老龄船体的受力是偏于安全的,使用平均减薄数据比使用最大减薄数据计算的应力值更接近仿真结果。该研究能提高老龄船体强度计算的准确性。     

邮轮船体的总纵弯曲强度分析

基于中国船级社(China Classification Society, CCS)《邮轮规范》,在实船验证的基础上,重点研究邮轮船体总纵应力分布、上层建筑有效度和总纵强度评估方法,并指导规范使用。分析邮轮船体结构的特点,明确邮轮的船体结构与其他船型的关键区别,指明邮轮船体总纵强度分析的重点。基于《邮轮规范》中的整船直接计算方法,分析总纵弯曲应力和剪应力的分布规律,指出在设计初期的关注点,归纳上层建筑有效度的变化特性。基于船体梁理论,考虑上层建筑有效度,提出评估总纵强度的有效方法。     

基于CSR共同规范的船体梁极限强度分析

基于CSR共同规范编制船体梁极限强度的简化逐步破坏法计算程序,以12 000 DWT油船为工程实例,按共同规范的两种方法(简化逐步破坏法、有限元法),分析该船体梁的极限强度。研究表明,该油船极限强度校核应重点关注甲板部分结构;简化逐步破坏法可快速准确地计算船体梁的极限弯矩,相对较成熟;而非线性有限元法方面,共同规范需要在模型化技术方面进一步完善相关细节,就未破损船体梁极限强度计算而言,建议可在模型纵向尺度和横向构件建模方面做适当简化。     

组合载荷作用下的加筋板格强度计算

船体是一个由加筋板格组成的箱形结构,加筋板格的强度计算对于船体结构的强度分析极为重要。最近几年计多作者提出了采用简化方法来计算加筋板格的极限强度。但是,绝大部分采用这种方法进行研究的文章均只讨论了纵向受压一种情况。对于实际的船体加筋板格来说,最一般的载荷工况是纵向应力、横向应力、剪应力和垂向压力的组合载荷,但纵向应力占主导地位,本文将简化方法推广到解决组合载荷的情况。通过本文的计算表明,本简化方法     

Fatigue damage calculation for oil tanker and container ship structures

The fatigue behaviour of longitudinal stiffeners of oil tankers and container ships, subjected to dynamic loads, is analysed. The following dynamic load components are considered: hull girder vertical wave bending moment, alone and combined with the horizontal wave bending moment, hydrodynamic pressure and inertial forces caused by cargo acceleration.

The spectral method was selected to calculate the fatigue damage, based on S—N curves and Miner's rule. Following this approach, the fatigue damage may be calculated as a function of a stress parameter Ω_p, which represents the cumulative effect of wave induced loads in the unit of time and incorporates the combined effects of stress level and its occurring frequency.

Simple formulas for Ω_p of oil tankers and container ships are given, obtained from the results of hydrodynamic analyses performed on several ships, in different wave environments.

Several examples show the applicability of the methods to real ship structures. The method, however, still needs to be calibrated because of the simplifying hypotheses introduced in the loading conditions.     

圆筒型FPSO上部模块支撑结构疲劳分析

与船型FPSO相比,圆筒型FPSO没有明显的总纵弯曲,上部模块与船体结构之间通常采用刚性支墩来连接,水平运动所产生的弯矩和装/卸载引起的船体垂向变形对模块支撑结构的影响较为显著。因此,以“希望6号”圆筒型FPSO上部模块支撑结构为研究对象,基于DNVGL船级社规范,介绍一种简化疲劳分析方法。以FPSO运动加速度和船体变形载荷作为载荷输入条件,利用SESAM/GeniE软件进行有限元分析,得到结构在所有组合工况下应力的扫描计算结果。根据作业海域各个方向波浪发生的概率,运用简化疲劳分析方法计算得到所关注节点的疲劳损伤和各个工况对结构节点疲劳损伤度的贡献。结果表明,所关注节点的疲劳强度均满足设计疲劳强度要求;同一节点的疲劳损伤对不同浪向的敏感度不一样。该简化疲劳分析方法同样适用于承受周期性载荷的FPSO上部模块主结构和其他型式海洋结构物的疲劳分析。     

Onboard monitoring of fatigue damage rates in the hull girder

Most new advanced ships have extensive data collection systems to be used for continuous monitoring of engine and hull performance, for voyage performance evaluation etc. Such systems could be expanded to include also procedures for stress monitoring and for decision support, where the most critical wave-induced ship extreme responses and fatigue damage accumulation can be estimated for hypothetical changes in ship course and speed in the automatically estimated wave environment.The aim of this paper is to outline a calculation procedure for fatigue damage rate prediction in hull girders taking into account whipping stresses. It is conceptually shown how such a method, which integrates onboard estimation of sea states, can be used to deduce decision support with respect to the accumulated fatigue damage in the hull girder.The paper firstly presents a set of measured full-scale wave-induced stress ranges in a container ship, where the associated fatigue damage rates calculated from a combination of the rain-flow counting method and the Palmgren-Miner damage rule are compared with damage predictions obtained from a computationally much faster frequency fatigue analysis using a spectral method. This analysis verifies the applied multi-modal spectral analysis procedure for fatigue estimation for cases where hull girder flexibility plays a role.To obtain an automated prediction method for the fatigue damage rates it is in the second part of the paper shown how a combination of the full-scale onboard acceleration and stress measurements can be used to calculate sea state parameters. These calculated environmental data are verified by a comparison to hindcast data.In the third part of the paper the full-scale fatigue stress ranges are compared to results from an analytical design oriented calculation procedure for flexible ship hulls in short-term estimated sea states.Altogether, it is conceptually shown that by a combination of the onboard estimated sea state parameters with the described analytical fatigue damage prediction procedure a method can be established for real-time onboard decision support which includes estimates of fatigue damage rates.     

大开口深拖母船全船强度有限元分析

某深拖母船为实现作业功能,在船舯位置设有上下贯通的大开口结构,该结构特性会严重削弱目标船的总纵强度和弯扭强度,因此在针对该开口区域进行详细设计后,还有必要采用全船结构有限元分析方法来评估结构强度和变形水平。通过设计波法得到波浪载荷,计算全船在各种工况下结构的应力、变形结果,总结出该船型的受力特点,并结合全船结构强度直接计算结果,选取的典型节点进行疲劳强度评估,得到各个典型节点的疲劳寿命。计算结果对目标船的结构优化具有参考意义。     

船体结构在非线性波浪载荷作用下疲劳累积损伤计算

本文通过对非线性波浪弯矩循环所产生应力的雨流计数、独立性检验、线性回归显著性检验、方差齐性（Ｂａｒｔｌｅｔｔ）检验以及分布拟合和分布拟合检验,表明应力范围和平均应力相互不独立,且线性相关。应力范围的边缘分布可认为是Ｗｅｉｂｕｌｌ分布,平均应力在应力范围为一定值时的条件概率分布为正态分布,且其方差是齐性的。然后利用Ｇｏｏｄｍａｎ修正公式,引入影响船舶结构疲劳损伤计算的平均应力影响因子及其近似计算公式。     

基于雨流计数法的高低频复合疲劳试验研究

船体固有频率与遭遇波浪频率及其倍频相接近时,波浪载荷极易引起船体结构产生持续的波激振动现象,对大型船舶结构疲劳损伤的影响达到40 %以上。因此,有必要针对波激振动引起的非线性垂向弯矩载荷特点,开展高低频复合工况下典型切口试件疲劳试验及累计损伤分析研究。基于非线性随机载荷的分析方法,采用闭合雨流计数法提取叠加应力历程中的多级循环载荷,并结合平均应力修正方法和疲劳极限以下SN曲线局部修正法,对叠加应力历程中小载荷的损伤效应展开研究。分析结果表明,高低频载荷叠加产生的附加损伤效应对疲劳寿命的影响显著,在恒定应力比下随平均应力的变化近似成二次函数关系。考虑高频小载荷的叠加应力历程疲劳寿命明显降低,可以通过修正累计损伤临界值或引入应力放大因子,近似的利用线性累积损伤理论预测实际叠加应力历程的寿命范围。     

波激振动和砰击颤振对大型油船疲劳强度影响研究

文章给出线性波激振动和砰击颤振引起的大型油船结构疲劳贡献度的计算方法。基于三维线性水弹性理论可计算得到包括刚体和2节点的振动模态下的垂向弯矩的传递函数,采用谱分析法对某30万吨油船进行结构疲劳强度计算,分析波激振动对船体结构疲劳损伤影响;基于二维非线性波浪载荷程序（含砰击颤振的波浪载荷）,采用时域方法对该油船进行船体梁弯矩计算,分析砰击颤振对船体梁弯矩及疲劳载荷的影响;结果表明对于该类大型油船波激振动和砰击颤振对船体的结构疲劳损伤的影响不可忽略。     

Fatigue damage in the side shells of ships

More than 40% of the registered fatigue cracks in ship structures are observed to occur in the side shell, more specifically in the connections of longitudinals to transverse web frames. The fatigue damage is caused partly by vertical and horizontal wave-induced hull bending and partly by outside water pressure on the side shell. Due to the non-linear nature of the outside water pressure the fatigue damage of the combined stress cannot be solved via a traditional frequency domain analysis. This paper solves the combination problem by application of a realistic wave model. The proposed model is used to analyze a segregated ballast tanker, and the results are compared to previously registered fatigue cracks. The analysis shows that it is very important to include the water pressure in the fatigue analysis, as this accounts for the majority of the expected fatigue damage. The analysis is performed for both I-shaped and L-shaped stiffeners.     

基于纵弯曲强度可靠性分析的船舶中剖面优化

研究基于船舶纵弯曲强度可靠性分析的全概率方法,以通过波浪载荷直接计算软件和船舶剖面强度信息计算得到的纵弯曲强度失效概率为目标函数,以相关规范对剖面构件的尺寸要求和剖面面积上限作为约束条件,通过MATLAB建立优化模型。并结合MATLAB集成的遗传算法工具箱对船舶中剖面进行优化设计。算例结果表明在剖面面积减小了0.38%的情况下,纵弯曲强度失效概率由原来的7.22×10-5降低为1.32×10-5,表明此方法用于船舶中剖面结构优化是行之有效的。     

UR S11A及UR S34对超大型集装箱船结构设计的影响

比较国际船级社协会（International Association of Classification Societies,IACS）制定的针对集装箱船总纵强度评估的标准“UR S11A”与集装箱船有限元强度评估工况的最低要求“UR S34”的差异,主要比较总纵强度评估方法、垂向波浪弯矩和垂向波浪剪力公式的差异。结合中国船舶及海洋工程设计研究院自主开发设计的某2种类型超大型集装箱船,计算分析UR S11A对集装箱船3个典型位置（船体0.25L,0.50L和0.75L处）纵向结构构件尺寸的影响,特别是对剪切强度的影响。同时,介绍UR S34的一些关键内容。