船舶结构应力监测与强度评估系统设计

船舶结构应力监测与强度评估系统主要用于船体的重要结构、敏感部位和关键构件中的结构应力实时监测以及船体结构强度的在线评估。由于系统既要对结构应力进行实时监测,又要对结构强度作出实时评估,因此对数据通信和处理能力要求较高。针对这一问题将系统设计成3个层次4个子系统,并根据每一子系统的作用与特点设计了不同的系统结构形式,该设计能够最大限度地节省有限的计算资源,保障数据通信质量,提高系统运行效率。最后通过实船试验验证了系统运行的可靠性。     

修正缩减基法在船舶直接设计法中的应用

探讨了修正缩减基法（ＭＲＢＭ）在超大型船舶肿剖面纵向构件直接设计法中的应用，将船舯一个舱段模型化为空间的板、壳、杆单元的组合，采用有限元法计算船体结构摧力，并用修正缩减基法优化结构尺寸，使之恰好满足规范规定的强度和稳定性条件，最终得到船体结构构件的最佳尺寸。     

“桑吉”号油轮沉没原因推测与分析

针对"桑吉"号油轮与"长峰水晶"号散货船碰撞着火后沉没的海难事故,本文基于事件梳理和船舶事故极限状态设计原理,开展了油轮沉没主要原因的推测和计算分析。对该事件进行了回顾并梳理相关重要信息,推测油轮沉没的一种可能原因:在碰撞受损的基础上,由于持续高温燃烧和交变波浪外载荷作用,导致高温区域船体钢材机械性能退化和结构塑性应变累积,造成碰撞受损区域局部构件撕裂和舱段剩余强度不足,进一步引发相邻舱室的总强度不足和大规模破舱浸水,一系列连锁反应,最后导致"桑吉"轮因储备浮力不足而整体沉没。在此基础上,根据事故现场的海况信息和沉没原因的推测,采用相近吨位油轮开展了破舱浸水后储备浮力和碰撞起火后船体剩余强度分析,计算结果在一定程度上验证了沉没原因推测的合理性。     

波浪中浮式生产储油船(FPSO)的运动与荷载计算

应用线性化Weibull概率密度函数分析得到设计波参数和根据三维源汇分布方法建立浮体运动与波浪荷载计算方法,完成了一浮式生产储油船（FPSO）在波浪中的运动响应和船体表面水动力压力分布以及总体荷载的概率特性的计算．该计算结果可用于基于耐波性的FPSO船体型线优化,以及作为船体强度有限元分析和系泊系统设计的根据。     

三体船波浪设计载荷的三维时域水弹性理论研究

针对三体船波浪设计载荷问题,本文提出了三维时域非线性水弹性理论和非线性设计波法的计算三体船纵向波浪载荷方法,该法考虑了船体弹性效应和砰击载荷等非线性因素的影响。在巡航和极限工况下,将水弹性计算值与三维频域长期预报值、劳氏三体船规范计算结果进行了比较分析,发现在巡航工况下的水弹性计算值与规范值比较接近,可给出三体船的波浪载荷特征值,极限工况的计算值远大于规范值,本文建议在三体船结构强度校核时,应该增加极限工况。本文方法可为三体船相关规范修订和结构设计优化提供参考。     

复合材料L型节点强度直接计算模型研究

L型节点作为复合材料船体结构中常见的连接结构,主要用于甲板与舷侧的连接,其结构强度与复合材料船体结构强度直接相关。针对L型节点强度校核试验周期长、成本高等问题,提出一个可用于L型节点强度校核的直接计算模型。首先参考相关的船体结构计算规范确定计算模型的尺寸范围,其次通过有限元分析结合规范要求确定2种工况下计算模型的边界条件,最后以蔡-吴失效准则的状态变量值作为参考值,选取合适强度校核标准用于对L型节点强度进行快速校核,得到一个L型节点直接计算模型,为后续L型节点在复合材料船体结构中的应用提供参考依据。     

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.     

水下爆炸条件舰船舱段局部强度仿真试验研究

以某舰船为例进行水下非接触爆炸数值仿真试验,通过典型舱段局部强度仿真试验考核舰船结构的抗爆抗冲击能力。采用Geers and Hunter模型计算水下爆炸载荷的冲击波压力,并且在考虑流固耦合问题的基础上,采用ABAQUS软件中的结构计算模块计算船体结构响应,对舰船局部强度校核评估。在不同舱段结构位置进行了不同冲击因子的水下爆炸数值试验,得到了主要船体舱段结构的动响应,并对舰船舱段结构局部强度进行抗冲击评估。仿真试验结果对于开展舰船结构局部强度的抗冲击评估具有重要意义。     

船体总纵弯曲时计及多种应力组合的累积损伤简化计算方法

为计算船体总纵弯曲时纵向构件在多种应力成份组合下的疲劳损伤，提出了基于等效规则波概念的简化计算方法．以线性波浪载荷为例，按严格方法和简化方法计算某舰船疲劳累积损伤，对所得结果进行的对比说明了该简化方法的可用性和简便性，这为该简化方法在船体纵向构件疲劳强度计算中的实际应用提供了可能．     

基于三维粒子图像测速技术的艉流场试验

为了解决船舶艉部流场复杂流动机理认知困难的问题,本文依托哈尔滨工程大学船模水池实验室拖曳水池中的大型水下三维粒子图像测速系统,以具有槽道U型船艉的某型号单桨商船缩比模型为研究对象,对设计工况下不同截面处的船舶艉流场进行测量。测量结果展现了舭涡、螺旋桨毂帽涡以及"钩状"速度等值线等流动结构。同时对不同截面位置处的船舶艉流场进行了3方向速度、涡旋强度以及涡量等对比分析。分析结果表明:与一般U型艉肥大型船舶艉流场相比,具有槽道U型船艉流场在其结构形式中同样具有强烈的船艉舭涡和"钩状"速度等值线。但是其船艉舭涡和"钩状"结构有明显的向船中收缩趋势,受船中向内的凹陷船体表面影响,具有明显的边界层流场收缩现象。     

隐身桅杆的强度的实验研究

以船舶非桁架结构形式的全封闭型隐身桅杆作为研究对象，利用比利时LMS公司的SCADAIII数据采集器及CADA－X信号分析系统和华东电子仪器厂制造的YD－15动态应变仪对其进行强度试验，并利用美国ANSYS大型结构分析软件，以三维有限元模型为基础，利用三维有限元方法，对其进行强度计算，用强度实验获得的数据和有限元法获得的计算结果作比较，从而验证三维有限元法的可靠性，并获得了一些关于这种复杂结构形式的桅杆强度的有意义的研究成果，可供隐身桅杆的设计提供参考。     

Method for Calculating the Ultimate Strength of Pitting Corrosion Ship Structural Plates Under Combined Loads

联合载荷作用下点蚀船体板的极限强度计算方法研究

滑林^1,2,吴梵^1,2,牟金磊^1,2,马晓龙¹

（1. 海军工程大学 舰船与海洋学院,武汉 430033;

2. 海军舰艇技术鉴定船体结构强度校核中心, 武汉 430033）

创新点说明：

1）结合实船（舰艇）点蚀勘验数据,提出了点蚀矩阵的概念,建立了点蚀分布的数学模型,为全面开展点蚀相关研究提供了新的途径;

2）采用新的灵敏度计算方法开展了点蚀特征（分布,点蚀深度及蚀坑半径等）对船体板极限强度的贡献值计算;

3）提出了刚度缩减因子的概念,并拟合出了点蚀损伤船体板极限强度的计算评估公式。

关键词：船体结构;点蚀损伤;极限强度;联合载荷;灵敏度分析

     

加筋板结构后极限强度行为影响参数研究

为使船体结构的安全性设计得到有效技术支撑,通过ABAQUS有限元软件,对面内压力作用下的加筋板结构进行响应分析,得出加筋板结构在达到极限强度之后的载荷-位移关系曲线,即后极限强度行为.探讨了板厚、材料硬化率、边界条件以及初始缺陷等影响船体加筋板结构受损之后承载能力的重要参数.结果表明:加强筋数量的增加对于提高加筋板结构在给定变形下的承载能力有利,板厚的增加并不能有效改善结构受损后的承载能力.     

同时考虑结构系统强度和疲劳的可靠性分析

在以往的结构可靠性分析过程中,结构系统的静载和疲劳载荷失效情况大多是分别考虑的,这与许多实际工程结构(如船舶等结构)是不相符的.根据疲劳载荷造成的疲劳累积损伤对结构极限承载力的影响情况,研究了结构承载能力的可靠度计算方法.以结构累积损伤和结构初始抗力的形式给出了一个综合结构抗力变化历程的等效抗力,讨论了结构系统在静载和疲劳载荷作用下的两种失效模式,并考虑了二者之间的相关性对结构系统可靠性的影响;用改进的分枝限界法寻找主要失效模式,并用二阶矩方法计算各失效模式的可靠性指标;然后用PNET法计算结构系统可靠性.算例表明,虽然分别考虑静载或疲劳载荷作用下的结构系统可靠性较高,但综合考虑两种失效状态时,结构系统可靠性却较低.即疲劳累积损伤会降低结构的极限承载能力可靠性.因此,对结构系统同时考虑强度和疲劳的可靠性分析是必要,是符合工程实际的.     

小水线面双体船连接桥结构疲劳强度试验

针对小水线面双体船连接桥部位应力集中严重,疲劳强度问题突出现象.以某型小水线面双体船为例,通过全船有限元计算方法,确定了疲劳问题严重的连接桥结构部位,设计了实尺度疲劳试验模型.通过疲劳试验获得了典型载荷工况下的疲劳寿命值,采用极大似然法绘制S-N曲线.在此基础上对船体典型节点部位进行疲劳强度评估,并与规范校核结果进行比较.评估结果表明,采用试验所得S-N曲线计算时所得疲劳寿命较大.试验结果对小水线面双体船的结构设计具一定的借鉴意义.     

隐身桅杆计算边界条件的研究

以舰船筒形结构的全封闭形隐身桅杆为研究对象，利用有限元方法，考虑在两种不同的边界条件下，使用美国的大型有限元计算软件ANSYS对桅杆进行结构振动分析．并且根据舰船在风浪中航行时，作用在桅杆上的计算载荷，对桅杆进行结构强度计算．将得到的结果进行比较分析，发现由以往的方法设置边界条件计算得来的结果和由本文提出的简化的边界条件计算得来的结果，两者之间并无太大的差异，但工作量前者要大的多．因此建议今后在类似的短粗形桅杆计算中，可采用简化的边界条件来分析结构振动和强度性能．     

船舶撞击桥梁后的结构损伤分析

船只对桥墩的冲撞使桥梁结构产生的变形与损伤,可以通过能量守恒、有限元数值仿真分析碰撞过程的受力状态.以一艘小型船只与某长江大桥桥梁碰撞为例,计算较轻微的船体碰撞后,冲撞对桥梁产生的作用力、船身破损区的变形与损伤,讨论了小船舶长年的大量撞击和累积对桥梁结构安全造成的隐患.     

桥式卸船机结构有限元分析

以800t/h桥式抓斗卸船机为分析对象,运用有限元软件ANSYS11.0对整机金属结构建模,在不同工况下分析结构的强度和刚度,了解其在各种载荷作用下的承载能力,为设计提供理论参考.     

轻型码头结构提高疲劳寿命的方法研究

结合大连新港新建30万吨级(兼靠45万吨)进口原油码头工程,研究离岸深水港码头导管架结构在系泊船舶撞击下的疲劳损伤.采用通用有限元程序ANSYS计算船舶撞击作用下导管架平台的内力与结构构件的名义应力,通过应力集中系数换算,得到管节点的热点应力.采用挪威船级社(DNV)规范的S-N曲线对该热点应力进行校核,从而获得码头导管架在船舶撞击作用下的疲劳寿命.通过对比疲劳寿命的计算结果可知,采用灌浆管节点,可有效降低管节点的应力集中系数,提高结构的疲劳寿命.     

碱金属氧化物对R_2O－CaO－P_2O_5玻璃水解性的影响

本文研究了碱金属氧化物对Ｒ２Ｏ－ＣａＯ－Ｐ２Ｏ５玻璃结构及水解性的作用，讨论了玻璃结构与组成和水解性间的关系，随着Ｒ２Ｏ含量的增加，其结构从层状向链状转变，并且其水解率和Ｒ─Ｏ键的结合强度有关。