降低总纵弯矩的散货船分舱优化设计技术研究

梳理了降低总纵弯矩的散货船分舱优化流程。以中船重工船舶设计研究中心有限公司开发设计、山海关船舶重工有限责任公司建造的93 000 DWT散货船作为母型船,进行目标船货舱区分舱方案设计,通过参数化建模,快速建立22种分舱方案。针对每种分舱方案,合理的确定空船重量分布,根据规范要求和船东需求,确定典型装载工况。输出每个载况完整状态和单个货舱破损状态的弯矩剪力信息,统计和比较每种分舱方案的弯矩剪力极值,综合考虑其他性能指标,选定最优方案。通过中垂弯矩的有效控制,避免了弯矩剪力增加引起相关构件尺寸的增大,造成空船重量不必要的额外增加,为适当削减部分构件的尺寸提供条件,为降低空船重量奠定基础。     

深水Spar钻采储运平台极限强度可靠性分析

针对一种新型的深水立柱式Spar钻采储运平台(Spar Drilling Production Storage Offloading)的结构特点进行极限强度可靠性研究。SDPSO平台的中间舱段为储油系统,其结构的安全性尤为重要,本文验证了在波浪弯矩年极值条件下其特殊储油系统结构的安全性。采用SESAM/Wadam软件对SDPSO平台进行水动力计算,利用序列统计法得到年极值短期海况,然后采用极值I型分布得到该短期海况下的波浪弯矩极值;利用ABAQUS非线性有限元软件和改进的Rosenblueth法进行SDPSO平台中舱段的极限强度计算,并得到极限承载能力的概率分布。最后基于一次二阶矩法完成SDPSO平台弯曲极限强度的可靠性计算,结果表明平台结构极限强度具有较高的安全水平,为深海立柱式海洋平台设计提供了依据和参考。     

舱段有限元模型中弯扭剪计算程序的开发及应用

以MSC.Patran软件为平台,利用其提供的PCL语言通过二次开发的形式,开发了适用于舱段有限元模型弯矩、扭矩、剪力计算的程序模块.简单介绍了该程序在某矿砂船上的应用过程,取得了计算速度快、计算结果更准确等效果.     

深水Truss Spar水动力计算方法研究

为了研究深水Spar平台的运动特性,考虑平台与波浪的相对运动,对一座深水Truss Spar平台进行波浪载荷及运动响应计算。波浪载荷计算中Truss Spar主体和软舱采用3D势流理论计算,而垂荡板、桁架和立管系统采用线性化的Morison公式计算,同时求解中考虑系泊系统的影响。计算结果表明,Spar平台波频运动较小,而低频运动较为显著,其响应幅算子较大。     

破舱情况下船体总纵强度分析

本文提出用影响数计算最大静水弯矩和剪力的新方法，使进水状态的静水弯矩和剪力计算变得容易，以65000t散货船和21000t多用途船为例进行了数值计算。推荐以横截面余度作为衡量破舱后船体总纵强度的准则。     

新型S-Spar概念设计及时域动力响应分析（英文）

本文概念性地提出了新型Spar平台S-Spar用于深水和超深水海洋油气开发。S-Spar连接软舱和硬舱的是和中央井同尺寸的圆形立柱。有别于传统的经典Spar和Truss Spar,S-Spar有一个细长的中间段,垂荡板安装在中间段增加垂荡阻尼的同时,封闭的中段可以保护立管免受波流荷载。文中介绍了S-Spar的基本概念,进行了频域和时域耦合动力响应分析,并进行了S-Spar连接的顶张式立管的动力响应和VIV疲劳分析,将计算结果和Truss Spar的计算结果相比较,结果显示新型S-Spar能改善平台的水动力性能,同时封闭的中央井对立管起到很好的保护作用。     

基于集中力的船体强度直接计算加载方案

针对在已知弯矩分布时直接计算船体总纵强度的问题,结合船舶结构力学分析方法,根据已知弯矩分布反算得到作用在船体上的等效外力,利用ANSYS建立变截面空心薄壁梁理论模型,将等效外力以集中力形式加载到模型相应剖面,验证外力计算的有效性,同时利用实船整船有限元模型,选择不同的约束支点以及不同的加载方案,采用集中力加载计算船体总纵强度,提取计算后模型中节点力系构成的剪力和弯矩,与已知剪力、弯矩分布进行对比,结果表明,集中力法可用于船体总纵强度直接计算,且计算结果与已知的剪力、弯矩分布吻合较好。     

海上浮式油水置换储油舱内水中含油浓度模型试验

针对浮式平台油水置换储油舱内水中含油问题,以新型Spar钻井生产储卸油平台储油舱为原型,设计多组试验装置,开展模型试验,得到储油舱模型缩尺比、储油舱制作材料、原油物性、油水界面移动速度,以及平台运动等对储油舱内水中含油浓度的影响规律,验证油水置换储油技术用于浮式平台的可行性。     

散货船的货舱分舱布置对总纵弯矩的影响研究

货船的货舱分舱往往决定了船体梁静水弯矩的大小,而合理的分舱能降低船体梁的静水弯矩,从而减轻船体结构的重量。以某61 000吨级散货船为研究对象,通过对完整和破舱工况下的静水弯矩进行比对,找出各舱货物质量变化对静水弯矩影响的规律,从而判断如何分舱可以降低船体梁静水弯矩。试验结果表明:这种方法是可行的,新方案下船体梁静水弯矩相比初始降低了约8%。     

基于NAPA的甲板货船总纵变形的分析与计算

对船长与型深比较大的甲板货船纵向变形分析求解。以船舶设计软件NAPA为平台,利用NAPA自带的NAPA BASIC语言编程建模,分舱和加载,应用有限差分法求解船体梁挠度变形,通过修正模型,得到船体梁所受的剪力、弯矩分布和挠度变形,并对总纵强度进行校核。     

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.     

散货船碰撞损伤后的剪切极限强度

船体梁受到碰撞损伤后,必须有足够的剩余强度用以抵抗最大外弯矩,同时还需能够承受最大剪力.在众多类型的船舶中,散货船是一种抗剪能力较差的船型.对于其碰撞损伤后纵向剩余极限弯矩的研究已有较多的文献[2-7],而对于碰撞损伤后的剪切极限强度的研究目前还比较少.针对这一现状,本文的主要目的在于分析讨论散货船受到碰撞损伤后的极限承剪能力;分析结构几何尺寸,碰撞损伤形状以及边界条件等各种因素对碰撞破损船体抗剪能力的影响.为了方便起见,文中也给出了相应的回归经验公式.本文同时还推导了一个船体梁碰撞损伤后的初始屈服剪力计算公式.最后,本文以一艘散货船为例,计算分析其碰撞损伤后的抗剪能力,从中得出一些有益的结论.     

PHC管桩力学性能的中英标准对比

针对东南亚地区采用中国标准的PHC管桩与英标的对接问题,基于英标对混凝土结构的一般规定,确定了英标应用于PHC管桩力学性能计算的方法,计算项目包括:材料强度、预应力损失、轴向允许最大工作压力、抗剪承载力、抗裂弯矩、极限弯矩,并将这些力学指标与我国常用标准的计算结果进行对比。对比结果表明:英标计算结果总预应力损失、有效预压应力接近;轴向允许最大工作压力偏小;抗剪承载力设计值、抗裂弯矩和极限弯矩设计值偏大。结果为海外工程中PHC管桩标准的使用提供了参考。     

单双舷侧散货船结构可靠性分析

采用按随机过程确定的载荷组合弯矩,对单、双舷侧两种结构分别计算船舶的极限弯矩和最大剪应力,进行可靠性评估,结果表明双舷侧结构可以大幅减小舷侧的剪应力,并在一定程度上提高了总纵强度;最后分析了双舷侧宽度对极限弯矩和最大剪应力的影响,提出了选取双舷侧宽度值的建议.     

半潜式起重船波浪载荷预报

采用数值分析软件Sesam/HydroD对某半潜式起重船在航行状态和起重作业状态下的波浪载荷进行长期预报和短期预报.在航行状态下,预报得到的最大波浪弯矩和剪力分别为规范值的1.4倍和2.0倍,用于进行结构疲劳评估(超越概率为10-2)的波浪弯矩最大预报值约为用于进行结构强度评估(超越概率为10-8)的波浪弯矩最大预报值...     

一种新型SPAR深水平台的总体压载方案设计

本文通过对一种新型四柱式SPAR平台扶正和服役状态时的压载总体方案研究,设计了一种借助海水压载的扶正方案以及服役状态时的可调压载系统方案。该方案可有效的实现平台自身的扶正并满足服役作业状态的压排载要求。     

超大型油船压载水舱分舱的优化研究

通过对国际船级社协会（IACS）URS11规范和其最新建议案的研究,结合已有VLCC船压载水舱分舱布置型式的分析,提出一种符合URS11最新要求的VLCC压载水舱分舱的优化方案,以达到降低船体设计最大中拱静水弯矩的目的。     

剪切流对水平轴潮流能水轮机水动力性能影响

为了研究剪切流下潮流能水平轴水轮机水动力载荷特性,本文基于CFD方法,建立剪切流模型,计算了剪切流下水平轴水轮机的水动力载荷,并分析得出剪切率对水动力载荷的影响规律。结果表明：剪切流情况下,水动力载荷系数时历曲线发生明显波动,除弯矩系数的波动频率和叶轮旋转频率一致外,其他系数的波动频率均是叶轮旋转频率的2倍,且剪切率越大,水动力载荷系数的波动幅值就越大;随着速比增大,弯矩系数的波动幅值逐渐增加,而侧向力系数波动幅值先增加再减小,在最优速比左右达到最大值。研究成果可为潮流能水平轴水轮机的结构设计和性能优化提供依据。     

非线性混合海况下近海风机塔筒底部载荷的动力响应

本文主要研究在非线性混合海况(即风浪和涌浪组合海况)下,以NREL 5MW_Baseline Monopile近海风机为研究对象,对其塔筒底部(基线)所受到的剪力和弯矩载荷的动力响应进行仿真。在近海风机的时域仿真中,选用了Ochi-Hubble六参数波浪谱,并编制了该谱的程序嵌入到FAST中进行编译。计算过程中,共进行了20次10 min的仿真分析。对于得到的短期载荷,给出了波高程,塔筒底部首尾向剪力和弯矩在线性与非线性不规则波作用下的时程曲线对比图。采用分块最大值法对每一次的短期载荷提取极值,并基于20次仿真所得的极值,给出了塔筒底部首尾向剪力与弯矩在线性与非线性不规则波作用下的超越概率曲线对比图。研究表明,在非线性混合海况下进行近海风机塔筒底部载荷的动力响应研究,计算结果对工程实际应用具有指导意义。     

Experimental characterization of FRP composite-wood pile structural response by bending tests

A special prefabricated fiber reinforced polymer (FRP) composite shield or jacket was developed to repair wood piles in the field. Two types of load-transfer mechanisms between the wood pile and the FRP composite shield were developed and tested: (1) cement-based structural grout; and (2) steel shear connectors with an expanding polyurethane chemical grout. The objective of this paper is to characterize the structural response of full-size pre-damaged wood piles repaired with the FRP composite shield system. A three-point bending test procedure was used to simulate the response of a pile subjected to lateral loads. The load-deformation response, deflected shape profile, relative longitudinal displacements (slip), strain distribution, ultimate bending moment capacity and mode of failure were evaluated. Wood piles were pre-damaged by reducing approximately 60% of the cross-section over a portion of the pile. It was found that a pre-damaged wood pile repaired using the FRP composite shield with cement-based grout exceeded the bending capacity of a reference wood pile. The repair system using the FRP composite shield with steel shear connectors and polyurethane grout did not fully restore the bending capacity of a reference wood pile; however it can be used for marine borer protection when wood damage is not critical.