船舶骑冰事故下船体梁结构强度特征分析

[目的]针对船体梁与冰层相互作用后的结构强度变化问题,提出骑冰工况下船体梁结构强度分析方法,揭示相应的结构强度特征。[方法]首先,建立船体梁结构强度分析模型,并根据各分段属性建立对应的船体梁载荷分析模型;然后,在载荷分析模型中求解得到骑冰工况的浮力分布并代入结构强度分析模型中,以考虑骑冰带来的浮力变化;最后,施加重力及冰层支反力,进行结构强度计算,并分析抬升位置和抬升高度对船体梁浮力、剪力、弯矩以及局部应力分布的影响。[结果]结果显示,当船首抬升高度变化时,船体梁存在浮力与剪力不随抬升高度变化的点,该点分别位于船体梁后半段以及船中;当抬升位置位于球鼻艏时,该部位的舷侧外板更接近于垂直,不利于抵抗冰层支反力,导致高应力面积相对较大,更危险。[结论]采用所提方法能够计算船体梁结构在船首大幅度抬升情况下的结构响应,计算效率高,可初步判断危险骑冰工况下船体梁的结构强度。

水下爆炸载荷作用下箱型梁冲击响应研究

水下爆炸冲击载荷通常包括冲击波载荷和气泡脉动载荷,冲击波和气泡载荷联合作用的结构整体损伤问题一直是舰船设计领域研究的热点。通常认为冲击波载荷对结构影响以局部损伤为主,而气泡脉动载荷对结构影响以整体损伤为主。水下爆炸载荷实际毁伤舰船的过程往往是两种载荷共同作用的结果,很难量化两种毁伤元素对舰船的毁伤贡献。为了研究两种载荷对舰船的毁伤效应,采用变截面箱型梁模拟水面舰船结构,对其在水下爆炸冲击载荷作用下的响应过程进行试验研究。实验工况设计既考虑了距离对冲击波作用影响,也考虑了最大化气泡能作用的条件。结果表明受近场爆炸载荷作用,近水面箱型梁结构形成塑性铰,导致爆炸载荷传递到梁结构的能量主要转化为塑性铰的变形能。结构的动态应变响应从箱型梁中部到端部逐渐减小,且残余塑性变形主要发生在结构中部附近,箱型梁上表面采用的具有连续性大开口模式导致甲板边板及上部塑性变形较船体底部大。本文研究成果可对开展舰船设计提供一定的借鉴意义。

波浪与水下爆炸气泡脉动载荷联合作用下船体梁的响应特性

[目的]舰船在执行任务的过程中有可能因同时遭受波浪载荷与水下爆炸气泡脉动载荷的联合作用而使船体响应发生“叠加效应”,导致总强度的损失,因此需要探索水下爆炸气泡脉动与波浪联合作用时船体梁的动力响应规律。[方法]首先,采用理论分析的方法建立船体梁的简化模型,并对水下爆炸气泡脉动载荷与波浪载荷进行求解;然后,基于Hamilton原理,分别推导两端自由船体梁在波浪载荷与水下爆炸气泡脉动载荷单独作用及联合作用下的运动微分方程;最后,基于对运动微分方程的求解,分析船体梁的自由振动响应在与外载荷组合的3种工况下简化模型的运动响应。[结果]结果显示,在波浪载荷与水下爆炸气泡脉动载荷的联合作用下,船体梁的运动响应相比2种载荷单独作用时运动响应的线性叠加值增大了15%。[结论]所做研究可为舰船结构在联合载荷作用下运动响应分析的计算程序开发提供参考。

极端循环载荷下船体裂纹箱型梁的极限强度

旨在了解箱型梁在极端循环载荷下的极限强度特性。利用非线性有限元方法来研究裂纹箱型梁的极限弯矩,分析了5种裂纹模型,探讨了裂纹类型、裂纹位置和裂纹长度的影响。考虑了两种载荷形式应用生死单元法对双向循环弯曲下裂纹扩展进行了模拟;并将由循环载荷引起的累积塑性损伤和疲劳裂纹损伤均考虑在内。无论单向循环还是双向循环,单裂纹模型的极限弯矩均小于双裂纹模型的极限弯矩;单边裂纹是最危险的裂纹类型。进一步分析了极端循环载荷下裂纹箱型梁的极限强度折减机理,得出了极限强度折减归因于这两种损伤的耦合作用的结论,并通过其他箱型梁验证了其适用性。

水下近场爆炸下船体梁鞭状运动数值模拟

基于Ls-dyna的ALE算法,对排水量为5890 t的船体梁在315 kg TNT水下近距爆炸下的鞭状运动进行数值模拟,分析船体梁鞭状运动过程和药深对船体梁鞭状运动的影响,探究了船体梁鞭状运动与水下爆炸气泡脉动过程在时间上的同步性。研究表明:船体梁的第一次中拱、中垂运动与炸药的第一次膨胀、收缩过程在时间上基本同步,而船体梁的后续中拱、中垂运动与炸药的后续膨胀、收缩过程在时间上稍有延迟;随着药深增大,船体梁的第二次中拱、中垂运动逐渐增大,并在时间上逐渐延迟。

船体梁拱垂变形对船舶的影响

针对航行船舶在不同装载工况下,船体梁会产生中拱、中垂变形的问题,以某船为例,通过经验公式计算和基于船舶静力学推导出的修正法对排水量进行修正对比,以坦谷波法对船舶总纵强度进行修正,结果表明,船体梁拱垂变形会导致船舶难以达到最大设计的排水量,“削低”了船体梁在静水、波浪中的弯矩的峰值。

外载荷作用下的船体梁极限弯矩

为了合理地预测船体梁极限弯矩,基于通用有限元系统,结合材料非线性和初始缺陷处理方法,考虑货物载荷、静水压力和水动压力等局部载荷和水平弯矩、扭转等外载荷作用,建立了一个计及外载荷效应的船体极限强度非线性有限元分析的框架.采用该文方法对Paik计算模型中受局部载荷作用的加筋板的极限强度进行了分析,计算结果表明,方法准确可靠.最后,计及外载荷作用对某型油船的极限弯矩进行了计算分析,研究表明:外载荷效应是不可忽略的,船体梁极限承载能力不仅与船体结构自身有关,还与外载荷密切相关.因此,建议根据船舶的具体装载工况分别进行船体梁极限承载能力计算.

考虑腐蚀影响的FPSO风险接受准则研究

风险接受准则是进行风险评估时一项重要的组成部分。风险接受准则的选取将直接影响到对风险水平的判断。文章通过对一艘FPSO受腐蚀影响造成的构件厚度失效的概率及船体梁极限强度时变可靠性进行计算,根据不同腐蚀条件下的结果和工程实际需要从总体与构件两方面考虑合理的风险接受准则以全面反映FPSO的风险水平。最后以所选择的风险接受准则对检测维护规划行动展开初步的讨论。

基于模型试验与三维水弹性理论的船舶波激振动响应研究

船体波激振动使得船体结构中产生高频、持续和具有一定幅值的振动应力,可能引起结构发生严重的疲劳损伤,因而对船舶结构的安全性带来严峻的挑战。文章以一艘大型LNG船为研究对象,采用三维线性水弹性理论与水池模型试验方法对船舶波激振动响应进行了比较分析,研究了规则波与不规则波中的波激振动特性。改变该LNG船的刚度,并保持船型、重量分布等其它主船体特征不变,在模型试验和理论计算中探讨了刚度对波激振动的影响。通过两种刚度船体梁的模型试验与理论计算结果的比较分析,给出了波浪周期和船体刚度的变化对波激振动影响的几点结论。

水下爆炸气泡载荷对舰船的总体毁伤研究

在水下非接触爆炸中,气泡载荷因其脉动频率经常接近于舰船的垂向固有频率而造成舰船总体毁伤。阐述水下爆炸气泡与弹塑性船体梁之间的流固耦合理论,建立了一个考虑气泡迁移,自由面效应和气泡阻力的气泡模型和船体梁的弹塑性模型。以实船为算例,计算了气泡载荷作用下船体梁的弹塑性变形,分析船体梁发生弹塑性损伤的机理和特征。

船体弯扭耦合振动计算研究

基于 Timoshenko梁理论和 Benscoter理论 ,建立了分析船体结构弯扭耦合振动的薄壁梁有限元模型。该模型能考虑翘曲和剪切变形的影响 ,能精确描述船体薄壁梁的纯弯状态和非均匀扭转 ,适用于任何形状的船体横剖面。重点讨论了翘曲位移协调问题 ,提出了新的船体不同剖面形式梁段间的翘曲位移协调方法。本文还讨论了船体薄壁梁计算模型的简化问题。

大型舰船总纵强度计算方法研究(英文)

由于现有国内水面舰船设计规范仅适用于船长160m 以下的舰船,为了更好地研究大型舰船的总纵强度,本文对一船长约200m 的目标舰按照《中国船级社钢质海船入级与建造规范》(CCS)与基于《舰船通用规范》(G JB)基础上的建议标准以及全船有限元直接计算这三种方法作了计算与比较,得出了一些有益的结论,对大型舰船的总纵强度研究与规范的制定提供了较好的参考。

船体梁刚度对波激振动影响的比较研究

船舶大型化发展的趋势使得其尺度越来越大,而结构轻量化设计的需求则使高强度钢被大量应用于其结构设计之中,相对于传统的小尺度船舶,相对刚度的下降使得船体梁变得越来越"软",这将导致大型船舶在波浪中航行时船体结构波激振动特性发生变化。采用模型试验和理论预报的方法,研究某大型工程船在不同船体梁刚度下的低频和高频垂向波浪载荷响应。分段试验模型采用2种横剖面惯性矩的钢质梁,用以分别模拟船舶横剖面原始的和变化后的刚度。采用三维水弹性理论对该船在波浪中的响应进行预报,并与模型试验结果进行比较。结果显示:小刚度的船体梁更易在波浪中发生波激振动;频繁的波激振动将导致结构发生严重的疲劳损伤问题。这种刚度变化对船体梁波激振动的影响规律表明,有必要将刚度作为大型船舶结构优化设计的重要参数之一。

基于完整船体极限强度和搁浅剩余强度的协调共同结构规范对比分析

文章基于Smith法,根据国际船级社协会发布的2013版协调共同结构规范(HCSR)中破损模型、失效模式和载荷模型,考虑材料屈服、结构单元屈曲及后屈曲的特性,应用FORTRAN程序设计语言编写船体极限强度计算程序,以某76000吨散货船为算例,对完整船体的极限强度进行计算,对搁浅状态下破损船体的剩余强度进行计算并校核承载能力。通过在中拱和中垂工况下与其他规范的对比验证,2013版HCSR指定的剩余强度校核公式及船体梁载荷计算公式中选取的安全系数要求更高,校核更严格。

船体梁的极限纵强度

讨论了纯弯曲载荷下船体梁的极限纵强度．研究了船体梁断面的“硬角”、附连翼板宽度以及船体梁断面中性轴位置的变化对船体梁极限承载能力的影响．进行了纵向加筋箱形薄壁结构模型的纯弯曲试验．理论计算与试验结果比较表明，两者符合较好．

船体梁总纵极限强度的简化计算与参数分析

基于 Rahman算法 ,得到船体梁或箱型梁截面加筋板单元的应力应变关系曲线 ,根据渐进崩溃破坏法 ,求得船体梁的极限弯距 .编写了 FORTRA N90计算程序 ,并对 Nishihara模型进行数值分析 ,分别得到屈服应力和板厚对加筋板单元极限强度以及整个模型截面极限弯矩的影响曲线 ,然后对某大型散货船进行极限承载能力计算 .

液化天然气船船体极限强度分析

分别运用基于非线性有限元法的通用软件MSC/Marc以及基于逐步破坏法的自编程序SUS对1艘液化天然气(LNG)船的船体极限强度进行分析。探讨了LNG船船体极限强度计算的思路和方法,并将两种方法对该船的船体极限强度计算结果进行比较分析。结果表明,利用MSC/Marc程序对LNG船进行船体极限强度分析的结果与简化方法(SUS)的结果相近,并得出了一些有价值的结论。

水下爆炸气泡载荷作用下船体梁的动态水弹性响应

文章基于势流理论,针对水下爆炸气泡脉动载荷作用下船体梁的动态水弹性鞭状响应及其共振效应进行了研究。阐述了水下爆炸气泡与船体梁之间的流固耦合理论分析,并分别建立了一个考虑气泡迁移,自由面效应和气泡阻力的气泡模型和一个船体梁的弹性响应的计算模型。文中以两条实船作为算例,研究了刚体运动对船体梁弹性振动响应的影响,分析了船体梁在气泡脉动载荷作用下产生的共振破坏的机理。

内河船舶极限总强度的试验研究

介绍了有关内河船舶极限总强度的一些试验研究工作 ,重点考察了不同骨架形式对船体总纵极限强度的影响 ,得出了一些具有实用意义的结论。

基于显式算法的船体梁极限强度非线性有限元分析

通常,在船体梁极限强度非线性有限元分析中一般采用隐式算法,但相比显式算法,其收敛性较差且计算效率不高。为此本文介绍显式算法与隐式算法的区别,并采用2种算法对Nishihara箱型梁的极限强度进行对比计算,两者结果吻合较好。基于显式算法,本文对Dow试验模型的极限强度进行非线性有限元分析,结果表明该算法具有良好的精度,可以用于船体梁极限强度分析,为船舶结构设计提供参考。