船舶与海洋工程结构力学研究现状

第6届国际离岸与极区工程会议(ISOPE’96)于1996年5月26日至30日在美国LosAngeles举行。共设有32个专题,分成64个分组进行论文报告。其中直接跟船舶与海洋工程结构力学相关的专题有7个,分别是:管形结构:焊接和机器人:疲劳、断裂和腐蚀:复合材料;力学与试验:可靠性与安全性:碰撞与损伤,由此可以看出船舶与海洋工程结构的研究热点和兴趣所在。下面根据论文情况.对各专题的现状和进展作一概括的介绍。1 管形结构管形结构研究在中国似乎已成为昔日黄花.但在国际上却始终是热点.盛势至今不减。

船舶在波浪中大幅度运动的工程算法

本文基于切片理论,计入船体运动时湿表面的变化及其对船体流体动力性能的影响,提出了一种船舶在波浪中大幅度运动的工程估算方法,并通过对一系列60船型的计算,考虑了船稍在迎浪中大幅度运动时的运动特性、与波面的相对运动和船体瞬时受力。这一方法简单实用,对船舶方案设计有积极的意义。

用时域仿真求解一随机振荡系统的水准跨越率

要为获得一在随机激励下的非线性结构系统的响应的向上水准跨越率而进行了蒙特卡罗仿真。该结构系统的非线性包括Duffing刚度和考虑海流存在时的Morison拖力,四阶Runge-Kutta法被用来对该结构系统在不同海流速度下的运动微分方程进行数值积分,得到了响应值的一阶导数以及响应值与响应值一阶导数的联合概率密度,接下来利用著名的R ice公式计算了系统响应的向上水准跨越率。这是首次对该类型非线性系统进行数值仿真,并且获得了系统响应的水准跨越率的精确预报。该跨越率值是求取许多有关响应统计和可靠性分析的重要数据的关键。

海洋平台结构风险评估

作为结构系统可靠性方法与结构损伤冗余设计的一个合理延伸与综合，结构风险评估与决策技术是近年来得到迅速发展的新方法。本文讨论了海洋平台结构风险评估的理论框架，涉及了结构风险评估的几个基本方面，为进一步进行详细研究确立了一条主线。本文还对导管架式平台的结构风险评估进行了简要讨论。

一强非线性随机振荡系统的路径积分解

应用数值路径积分解法计算了一强非线性随机动力系统的响应统计。该数值路径积分法是基于隐式的高斯-勒让德插值程序,而且概率密度的值是在子区间内的高斯积分点上获得的。查阅文献显示这是首次单独应用这种路径积分法来处理强非线性随机振荡系统问题。

海洋平台分振结构减振效果的试验研究

根据渤海海洋环境的特点，提出了一种新的平台分振结构，以减小流冰引起的平台振动，同时考虑了地震和波浪对此分振结构的影响．分振结构的设想是将平台立柱分成内管和外管，外管通过斜撑杆和桩腿沉箱连接，内管则支承平台甲板．内管和外管在水线附近可以相联或分开．为此，设计并制造了一个钢结构模型，用集中的随机载荷分别输入到分振模型的各有关位置，以模拟流冰、地震和波浪等外载荷，分别在空气和水环境中作了减振效果试验．减振效果则利用测点振动响应的传递函数的概念来分析，减振效果是一个无量纲系数，仅是频率的函数．试验结果证明，此结构形式对减振有相当好的效果．

浮式生产系统的设计考虑

到目前为止,全世界已经发现的陆地与海上油田约3万个,其中90％以上的油田均为可采储量不足5亿桶的中小油田。而现在全世界仍有1000个左右的海上油田发现而未被开发,这些油田被认为是边际油田或小油田。除此以外,由于油价下跌,使一些本来具有商业价值的边际油田而变为不能开发的油田。而油价又受到全球性供需要求的控制,所以很难预测将来油价的升跌。一般认为。

水翼船的横摇控制

将一条模型尺度的全浸没式水翼艇作为案例船开展横摇控制研究。采用模型预测控制算法有效处理水翼失速角等约束条件,同时限制水翼的大幅剧烈运动,兼顾横摇姿态控制和执行机构保护的双重目标。在预测模型中增添预测偏差量作为前馈项,用以消除稳态误差,对常规模型预测控制算法做出一个重要改进。将案例船配备推进系统和可控水翼进行横摇控制航行试验,结果清晰展示了改进型模型预测控制器的横摇控制效果,这对水翼船的姿态控制研究具有重要借鉴意义。

移动式平台的定位系统

移动式平台的定位方式主要有锚泊定位与动力定位两类。锚泊定位是在海底设置某种位置固定的基底设备,用锚泊线将平台与基底设备联接起来,以限制平台的位移。动力定位是在海底某定点与平台之间建立某种通讯联系,通过两者间传递的信号来控制平台上的推进装置运转,使平台保持在一定的范围内。因此锚泊定位被认为是被动式的。

船舶板梁组合结构的冲击破损

探讨了船舶板梁组合结构的冲击动力响应现象，采用非线性有限元方法，在经典刚塑性近似理论的基础上，考虑了材料非线性、大变形效应和弹性效应，研究了在质量冲击载荷下结构从弹塑性变形到结构撕裂破坏的动态力学过程．对典型船体结构部件的破损动态过程和能量吸收等进行了数值模拟和研讨，并给出了一个典型船舶碰撞算例．

采用一种高阶面元法数值求解浅水船舶兴波问题(英文)

开发了一种基于B样条的高阶面元法用来求解浅水船舶兴波问题。船体表面和自由面上分别布置Rankine源,同时利用镜像原理来计及水底的影响。物体几何用 B 样条曲面精确表示。在求得边界面上的源强密度分布后,物面上的速度势用B样条来表示。数值计算中采用配置方法,并且用高斯—勒让德公式来计算方程中的积分。为了验证文中方法的有效性,用本方法计算了Wigley船在深水和浅水中的兴波水动力和波形,所得数值结果与试验结果和其它数值结果进行了比较,吻合程度令人满意,表明本方法被用来求解浅水船舶兴波问题是有效的。

优选我国沿海煤炭运输系统特征元素的对策

提出一种分三个层次优选我国煤炭海运系统特征元素的方法.(1)在特定航线上,结合蒙特卡洛试验分析,用排队理论随机模拟船舶的营运,对煤炭运输进行系统仿真,分析中的变量参数有:船舶尺度、泊位个数与规模、装卸机械的型式和装卸率.通过计算,揭示了船舶、装卸机械和泊位的内在关系;(2)在多航线情况中以目标规划的方法对沿海煤炭运输系统整体进行规划研究,以平均年度费用、投资量、钢材消耗等为目标,按照目标优先等级的概念进行了列式解算,并且讨论了目标结构变化时解的结构变化;(3)进一步对单船船型进行了优化计算,发现船的方形系数多数超过0.8,B/T在3.0以上,L/B 在5.0～6.0,即船舶向肥短方向发展,航速较低,约13节左右.

基于数据融合的船舶油耗模型

航路及航速优化对于实现航运节能减排越来越重要。一种新颖的灰箱模型方法被引入建立船舶油耗模型,可以完成油耗预报及优化。午报数据NR和船舶自动识别系统AIS数据经由天气后报数据加以扩充,融合后的数据集被分成训练和验证数据集以建立油耗灰箱模型。该模型与动态规划法结合可实现航路及航速的优化。57000 DWT散货船的午报数据和AIS数据验证了所提方法的合理性与有效性,对于能效管理计划SEEMP的实施具有重要意义。

长江江苏段内河船舶大型化分析

文中对近5年来长江江苏段到港内河船舶有关数据进行了分析,得出内河船舶大型化的特征,分析了内河船舶大型化带来的影响,预测了船舶大型化发展的趋势,并从节能减排、安全监管等方面对内河船舶的大型化发展提出了建议和对策。

基于事故树分析法的船舶LNG燃料加注火灾防控研究

文章采用事故树分析法,对船舶LNG燃料加注时可能引起火灾的事件进行了分析,提出了相应对策,为LNG动力船舶燃料加注的安全管理提供了参考。

水平受荷桩非线性m法研究

大量试验表明,水平荷载作用的单桩的m值随桩身泥面位移增大逐渐减小,然而现有相关规范没有给出大位移情况下m值的取值范围和选取方法,这对于实际工程设计的参数选择造成了一定困难。在大量的桩基水平静载荷试验实测资料的基础上,采用数理统计的方法建立了不同土质条件下土体的m值与桩身泥面位移的相互关系式,可用来计算水平推力桩在大位移情况下的m值,算例表明该方法具有较可靠的精度和较强的实用性。

中国淤泥质潮滩沉积研究的进展

中国淤泥质潮滩沉积研究由早期的野外地貌、沉积的定性描述到详细的动力地貌过程的半定量、定量研究，时间尺度已由长期至一周、一天。松散边界水力学在淤泥质潮滩沉积学上的应用使得淤泥质潮滩侵蚀、堆积过程能得到定量化。“波浪掀沙、潮流输沙”的物理过程的数学模拟，为研究淤泥质潮滩侵蚀。

二维概率 MINER 准则的试验数据验证

由二级和二维随机变幅疲劳试验数据，对二维概率ＭＩＮＥＲ准则进行了验证，表明二维概率ＭＩＮＥＲ准则能较准确地进行变幅疲劳寿命的可靠性预测。

船体结构流固耦合模态分析

本文提出了一种计及流体与结构相互作用时船体结构模态计算的方法。船体结构用有限元法计算,流体运动则用布置在船体表面的线性分布的三角形元源汇模拟.利用干模态法求得船体结构在流体中前几个谐调的固有频率与国有模态,计算结果与实验值相当吻合。

疲劳可靠性二维概率MINER准则

给出在裂纹起始阶段疲劳损伤演化规律的四个基本假设，即单调增、无耦合、可分高、不相交，由损伤力学原理得到等幅加载下个体Ｄ－Ｓ＿ａ－Ｓ＿ｍ－Ｎ等损伤曲面，推导出二维个体Ｍｉｎｅｒ准则，进而建立了母体在变幅以及随机时间历程加载下的二维概率Ｍｉｎｅｒ准则（Ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＰｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｃＭｉｎｅｒ’ｓＲｕｌｅ，即ＴＰＭＩＮＥＲ），并用测度论给予了证明．试验数据验证结果显示ＴＰＭＩＮＥＲ的预测值与试验值吻合良好，对工程结构疲劳可靠性分析有较好的应用价值．