45万吨级超大型矿砂船全船结构有限元分析

超大型矿砂船由于船体结构的特殊性和船体本身的超大型化,使船体强度校核很难用常规规范中的梁理论方法或舱段有限元计算确定.在研究超大型矿砂船全船分析的基础上,探讨了超大型矿砂船全船结构有限元模型和质量模型的建模方法、波浪载荷和舱内货物载荷计算方法及解决全船载荷动态平衡的惯性平衡处理技术.以一条45万吨级的超大型矿砂船为例,完整实现了全船有限元分析全过程,计算出各个工况下的船体变形和应力,对正确地进行超大型矿砂船全船结构强度直接计算具有指导作用.     

基于黏性流体-柔性结构耦合的波浪中船舶非线性波激振动研究

波激弹振和砰击颤振是集装箱船运营中极易出现的两种现象,分析其对船舶运动和剖面载荷的影响,对船舶设计和强度评估具有重要意义。采用黏性流体-柔性结构双向耦合方法对集装箱船模型在不同波长工况下的运动和响应进行求解,其中计算流体力学用于模拟流场的冲击和上浪等非线性现象并得到船体外载荷,然后通过有限元法求解船体运动和变形,两者在流固交界面进行隐式信息交换。计算捕捉到船体的非线性波激振动和颤振,分析结果发现,波激振动和颤振对整体运动影响较小,但会显著增大船体中垂的弯矩幅值,艏、艉区域垂向加速度受颤振的影响较大,当遭遇波浪的倍频成分接近船体湿频率时也会激发船体一定程度的弹振。与文献结果的比较表明,该耦合方法有望成为处理船舶水弹性问题的一种有效手段。     

万箱级超大型集装箱船结构设计

以708研究所开发的万箱级超大型集装箱船为依托平台,简要介绍了超大型集装箱船的结构关键技术设计,如典型中剖面的设计和优化、波浪载荷预报、全船有限元扭转强度分析、振动和噪声分析等,希冀为超大型集装箱船的实船设计提供参考。     

基于设计波法的FPSO全船有限元分析

为了准确评估FPSO的结构强度及变形水平,采用谱分析法对FPSO剖面波浪载荷进行长期预报并确定设计波参数,对FPSO进行全船有限元直接计算,并将波浪载荷预报值与规范值进行对比。结果表明:全船分析充分考虑了局部载荷对结构响应的影响,真实反映了FPSO整体的变形和应力水平,船体结构满足强度要求,波浪载荷预报值比规范值大60%。设计波法克服了传统经验公式估算载荷带来的结果偏差。     

大型集装箱滚装船全船结构有限元分析

以沪东中华设计建造的大型集装箱滚装船为研究对象,根据其船型特点进行全船结构有限元分析。提出了基于悬臂梁理论施加垂向力的方法,能够精准地达到船体梁目标弯矩分布,完成该船的总强度有限元校核,并对后续全船有限元强度分析需要重点考核的区域进行了预测。基于ABS船级社全船直接计算指南,采用ABS-DLA/SFA系列软件,用三维流体动力计算程序对波浪随机载荷进行长期预报,并在此基础上制定了主导设计波参数组,进而得到全船结构在各设计波上的应力分布,以对艏艉集装箱与舯部滚装货舱之间的两个关键过渡区域进行局部细化强度分析,通过各种特殊设计手段解决应力集中问题。论文采用的全船总强度校核和有限元分析方法可为其它超大型船舶的结构分析提供参考。     

大型集装箱船弹振和颤振研究简

随着集装箱船尺度的迅猛增大,弹振和颤振已成为大型集装箱船设计中需要重点关注的问题。从船舶运动和波浪砰击的角度出发,对大型集装箱船弹振和颤振的计算方法和模型试验进行了研究。研究表明,弹振和颤振对大型集装箱船体的结构强度和极限强度都有重要影响,在恶劣海况下,弹振和颤振对船体的影响甚至已经超过波浪对船体的影响。     

大型集装箱船弹振和颤振研究

随着集装箱船尺度的迅猛增大,弹振和颤振已成为大型集装箱船设计中需要重点关注的问题。从船舶运动和波浪砰击的角度出发,对大型集装箱船弹振和颤振的计算方法和模型试验进行了研究。研究表明,弹振和颤振对大型集装箱船体的结构强度和极限强度都有重要影响,在恶劣海况下,弹振和颤振对船体的影响甚至已经超过波浪对船体的影响。     

UR S11A对船体梁波浪载荷长期极值的影响研究

2016年7月1日起生效的新版UR S11A以提升集装箱船结构安全为目标,替代了之前的版本UR S11。论文对UR S11A和UR S11中关于船体梁波浪载荷长期极值的计算公式和技术背景进行了比较。以已经交付运营或正在建造中的14型不同尺度集装船为分析数据库,对这两个规范在确定波浪载荷长期极值中的应用进行对比研究。然后以一型超大型集装船为算例,用基于线性波浪载荷的谱分析法、基于非线性波浪载荷的等效设计波法和非线性等效设计海况法等三种长期极值预报方法,对船舯区域垂向波浪弯矩进行计算,并分析它们与规范值之间的差异。总结UR S11A对船体梁的波浪载荷长期极值的影响,也为集装箱船波浪载荷设计极值的确定提供参考和建议。     

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.     

穿浪双体船总体设计载荷研究

为了比较分析不同高速船规范的适用性,根据DNV、ABS、CCS和LR规范中关于高速双体船波浪载荷的评估方法,分别对一高速穿浪双体船进行了总体波浪设计载荷的评估。同时对该穿浪双体船进行了水池模型试验,包含规则波与不规则波的试验。试验对该双体船的纵垂向弯矩、横垂向弯矩、横向扭矩和纵摇有关扭矩进行了测量,分析了其传递函数和统计特性。根据对纵垂向弯矩、横垂向弯矩、横向扭矩和纵摇有关扭矩在规范与试验之间的比较分析表明,DNV规范中关于该穿浪双体船总体波浪设计载荷的评估与模型试验值最接近,CCS规范次之,ABS和LR规范中关于该穿浪双体船的总体波浪设计载荷的评估值较试验值大很多,尤其是横向波浪设计载荷的评估。通过对规范计算的总体波浪载荷与模型试验结果及其推断值的比较分析,进一步明确了现行规范对该双体船波浪设计载荷评估的适用性:采用DNV和CCS规范对该双体船进行结构设计是合理的;采用ABS和LR规范将偏于安全和保守。     

穿浪双体船总体设计载荷研究

为了比较分析不同高速船规范的适用性,根据DNV、ABS、CCS和LR规范中关于高速双体船波浪载荷的评估方法,分别对一高速穿浪双体船进行了总体波浪设计载荷的评估.同时对该穿浪双体船进行了水池模型试验,包含规则波与不规则波的试验.试验对该双体船的纵垂向弯矩、横垂向弯矩、横向扭矩和纵摇有关扭矩进行了测量,分析了其传递函数和统计特性.根据对纵垂向弯矩、横垂向弯矩、横向扭矩和纵摇有关扭矩在规范与试验之间的比较分析表明,DNV规范中关于该穿浪双体船总体波浪设计载荷的评估与模型试验值最接近,CCS规范次之,ABS和LR规范中关于该穿浪双体船的总体波浪设计载荷的评估值较试验值大很多,尤其是横向波浪设计载荷的评估.通过对规范计算的总体波浪载荷与模型试验结果及其推断值的比较分析,进一步明确了现行规范对该双体船波浪设计载荷评估的适用性:采用DNV和CCS规范对该双体船进行结构设计是合理的;采用ABS和LR规范将偏于安全和保守.     

南海超大型抓斗疏浚船波浪载荷下结构强度评估研究

以一艘200方抓斗式疏浚船为例,阐述船舶波浪载荷长期预报和全船有限元直接计算方法。讨论不同波浪散布函数对船舶波浪载荷计算结果的影响。针对不同海域进行波浪载荷长期预报,通过对比分析得到南海海域波浪载荷水平,提出了南海工作船舶波浪载荷预报建议。在此基础上,对全船进行结构有限元分析,得到不同海域中全船结构应力水平,并对船体局部结构进行了优化,为在南海进行施工作业的疏浚船的设计提供参考。     

基于PATRAN环境的波浪载荷预报程序开发及应用

通过PCL和C语言开发了基于PATRAN的外挂程序SWATER。以某超大型集装箱船为目标船,通过SWATER与WADAM、MOSES两种软件波浪载荷预报结果的对比,验证了SWATER软件的可靠性。文章简单介绍了SWATER的界面及功能,并通过设计波法进行全船有限元分析和疲劳强度直接计算两个例子,简述了SWATER的应用。     

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。     

铝合金游艇结构强度比较分析研究

针对游艇在概念设计阶段只是对外观、结构、空间、布置做初步设计,而结构强度是否能够满足规范要求的不确定性问题,采取规范中规定的总强度载荷弯矩计算方法,分别计算了静水总纵弯矩、垂向波浪弯矩、垂向波浪冲击弯矩,从而得到加载的总纵弯矩。对两艘分别名为Kalos和Scrub铝合金概念游艇进行结构建模以及有限元分析,对中拱和中垂两种工况下,艇体总纵强度和变形情况进行校核,根据应力结果和变形特点对结果进行优化处理。     

考虑颤振效应的超大型集装箱船极限强度

砰击颤振会威胁船体的总纵强度,本文先依据海况对响应贡献率最大的原则确定计算海况,然后计算得到一艘超大型集装箱船的波浪载荷时历,并采用Weibull、Gumbel以及GEV(Generalized Extreme Value distribution)分布拟合得到载荷短期极值沿船长的分布且校核了目标船的极限强度。本文通过短期极值Weibull、Gumbel分布拟合的结果与载荷的规范计算结果对比,发现有必要在考虑砰击颤振效应下利用波浪载荷直接预报结果校核目标船结构强度。     

全船有限元简化方法在总纵强度计算中的应用

采用全船有限元总强度计算的简化方法,阐述了具有长上层建筑、大开口、全通甲板的船舶在垂向弯矩作用下的总强度应力分布情况,提出了非常规结构船舶总强度计算方法,分析了上层建筑参与总强度的有效度。对有效避免波浪载荷及平衡力计算带来的总强度计算误差和庞大的计算工作量,缩短计算周期以及优化结构等提供指导。     

基于FEM-BEM法考虑弹振效应的超大型船舶结构疲劳损伤分析

为了研究超大型船舶波激振动响应及其对结构疲劳损伤的影响,提出综合有限元-边界元(FEM-BEM)法和考虑船体弹振效应的谱分析法对超大型船舶结构疲劳损伤进行分析。首先,基于三维有限元模态分析法获取各阶振动的位移及应力振型和主质量等,作为三维频域水弹性理论预报的输入参数;然后,将水弹性理论预报所得的主坐标与三维有限元分析所得的应力振型结合并叠加,得到结构应力响应函数;最后,基于谱分析法,计算波浪载荷与弹振载荷对结构疲劳累积损伤的贡献度。研究表明,与传统梁理论和准静态有限元法相比,论文提出的方法可更合理地计算大型船舶的高频弹振响应及其对结构疲劳损伤的影响。     

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。     

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。