38.8万吨矿砂船结构强度计算和加强方案研究

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基于CSR-H规范的大型矿砂船艏货舱结构强度分析改进方法

基于CSR-H规范的大型矿砂船艏货舱结构强度分析改进方法杨奇;薛鸿祥;刘洋;蔡忠云;唐文勇【摘要】The direct strength analysis of VLCO foremost cargo hold was conducted according to CSR-H requirements.In some ballast conditions, local large deformation was found on bow upper deck and other bow structures, due to the vertical bending moment is too large in the CSR-H hull girder loads adjustment.Based on the cabin layout of VLOC, characteristics of external loads and principles of hull girder loads adjustment, the reason of the large deformation was analyzed.A modified method was proposed, which can effectively avoid distortions of the calculation results caused by local large deformation in the strength analysis.%基于CSR-H规范要求对大型矿砂船艏货舱结构进行有限元直接计算,实船分析发现,在某些压载工况条件下,按CSR-H要求进行剪力弯矩调整时,由于局部修正弯矩过大将造成船体艏部上甲板等结构局部大变形现象.结合大型矿砂船舱室布置、外载荷特点以及剪力弯矩调整计算原理,分析相关原因,提出改进方法,可有效避免矿砂船艏货舱强度分析中因局部结构大变形而造成计算结果失真的问题.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2017(046)002【总页数】5页(P12-16)【关键词】共同结构规范;大型矿砂船;艏货舱;结构强度分析;船体梁载荷【作者】杨奇;薛鸿祥;刘洋;蔡忠云;唐文勇【作者单位】上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海 200240;上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海 200240;上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海 200240;上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海 200240;上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海 200240;上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海 200240;中国船级社规范与技术中心,上海 200135;上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海 200240;上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海 200240【正文语种】中文【中图分类】U663.83;U661.43大型矿砂船(VLOC)是特殊的专用散装货船，在舱室布置与结构形式上与普通散货船有着较大的差异。

【开题报告】4200DWT近海矿砂船的结构强度计算

开题报告船舶与海洋工程4200DWT近海矿砂船的结构强度计算一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义：矿砂船是专门用于载运煤矿，铁矿等各类散装货物的船舶，是属于散装货船一类，它是一种单向运输船。

矿砂船构造坚固，货舱的舱底多半是呈斜面的，货舱内还装有纵向档板。

矿砂船货舱为单层甲板，舱口较宽大，且一般由两道纵舱壁将整个装货区域分隔成中间舱和两侧边舱，在中间舱下部设置双层底，中间舱装载矿货，两侧边舱作压载舱。

矿砂船的结构特点就是受力大，高强度钢应用范围广，内底板等构件均采取加厚的措施，有的则直接对货舱采取重货加强措施。

船体通常采用纵骨架式以提高船体梁刚度；但货舱舱口之间的甲板条需设置成横骨架式，以有效抵抗两舷水压产生的横向挤压应力。

近几年，以铁矿石为主的散货运输需求的旺盛带动了大型矿砂船和散货船建造市场的异常活跃。

特别是中国铁矿石进口的增长是近年来矿砂船建造增加的重要支撑因素。

目前,全球大型矿砂船(VLOC) 的接连订造和投运表明,该种船型已经成为我国以及世界能源、资源水上运输的佼佼者, 不断引起船东的关注和兴趣。

作为铁矿石的主要运输工具，世界矿砂船保有量一直处于极低水平。

而据相关机构预计，2012年前世界将约有100艘20万～40万吨超大型矿砂船订单需求，市场前景广阔。

进入新世纪，亚洲很多国家，尤其日本、韩国，近年来对矿砂的进口需求也日益增加，因此亚洲市场对矿砂船的需求大量增加。

这就极大地刺激了矿砂船的发展。

自2003年起，日本一跃成为世界船运力量最大的国家。

2006年，中国铁矿石海运量的迅猛发展大大助长了日本海运业和造船业的发展，日本海运业出现了近20年从未有过的兴旺局面。

从2003年以来，我国钢厂对铁矿砂的进口不断增加，船东纷纷订造大型矿砂船，矿砂船在这一市场背景下应运而生。

由于近几年订船数量明显增多，国内造船界在国家的支持下组织开发了一系列大型矿砂船研发工作，取得了明显成效。

超大型矿砂船船型开发项目正式通过验收，标志着我国形成了自主开发设计具有国际先进水平的超大型矿砂船能力。

超大型矿砂船舱口盖载荷的局部强度分析

超大型矿砂船舱口盖载荷的局部强度分析韩斌;刘紫嫣【摘要】This article discussed the analysis of transverse structural strength of a VLOC under hatch cover load. Utilizing finite element method,yielding and buckling strength of the transverse structure was checked. The result was also verified with theoretical value. Based on IACS UR S21,uniform load exerted on the hatch coaming was compared with the actual loads under four different load cases. Relevant structures were strengthened and improved based on the results. The analytical results and structural optimizations would prove to be of value to future VLOC projects.%介绍了一艘超大型矿砂船在施加舱口盖载荷工况下,对相关的横向强框结构局部强度进行解析法分析. 通过有限元法对强框处屈服、屈曲强度进行分析评估和理论验证. 对比了国际船级社协会 (IACS)《船舶结构强度》统一要求第21条(URS21)规定的舱口盖载荷均布施加于舱口围和实际集中载荷的四种不同工况下的结果,依据结果进行了结构合理加强.其分析结果与加强方案对超大型矿砂船局部强度分析具有一定的参考价值.【期刊名称】《船舶设计通讯》【年(卷),期】2015(000)0z2【总页数】4页(P41-44)【关键词】舱口盖;屈服强度;屈曲强度;有限元;URS21【作者】韩斌;刘紫嫣【作者单位】上海船舶研究设计院,上海201203;上海船舶研究设计院,上海201203【正文语种】中文【中图分类】U661.43近些年来，随着中国对于铁矿石需求的不断迅速增长，专用铁矿石运输的超大型矿砂船也随之有了建造需求。

北船重工大型矿砂船项目关键路径优化研究

摘要25万吨VLOC矿砂船，是北船重工的战略产品，关键路径法在该型船舶建造中的应用，可以提高该产品的竞争力，进一步拓展市场，符合公司发展战略，具有切实的实用价值和重要的实践意义。

以25万吨矿砂船系列为研究对象，以OC25.0-A/B#两条船的施工经验为依托，利用关键路径法的原理，针对VLOC矿砂船施工建造过程中最为重要的两个阶段，坞内施工阶段和水下施工阶段，分别绘制了网络图，分析并计算了关键路径，针对关键路径工序和次关键路径工序，按照优化策略，采取了一系列优化措施，达到了压缩关键路径工序周期的目的，最终成功缩短了坞内及水下的建造周期，效果显著，大幅度提高了该型产品的生产效率。

通过关键路径法在25万吨VLOC项目上的成功应用，分析并总结了关键路径，验证了优化策略在该项船舶建造进度管理上的有效性，为后续相关的类似项目，提供了参考和借鉴。

关键词：VLOC矿砂船，关键路径，建造周期，优化Optimization of Critical Path in BSIC VLOC Project ConstructionWang Yueliang（Project Management）Directed by Pro.Gao XinweiAbstractSince2010,worldwide economic growth significantly declined by the global financial crisis.Shrinking international bulk goods market worsen the slumped ship building market both in order price and its quantity.BSIC came across huge challenge in this serious market environment because of its single production type,long project period and inadequate utilization of resources.In order to maintain and expand the ship market share,increase shipyard economic efficiency,project management in VLOC construction urgently need to be improved to shorten the project period and enhance the working efficiency.250K VLOC is the strategic product of BSIC with good cost-effectiveness ratio and high competitiveness in the ship market.Aiming at OC25.0-C#dock period and pier commissioning period,net chart was summarized and analyzed to get the critical path and sub critical path.Procedure improvement solution was developed based on critical path method to optimize OC25.0-C#critical path and sub critical path with construction experience of OC25.0-A/B#and finally achieved a shorter construction time in these two period which leading to a more competitive status in the slumped ship market challenge.Successful implement of critical path method enhance BSIC competitiveness in250K VLOC project and underpin a mature solution for the upcoming400K VLOC construction.Influenced by the global financial crisis,ship market direction entered a transformation period.Shipyard project management need to be reformed to self-adjust to comply with the market change.Critical path method will be a great benefit in the procedure optimize process. Key Words:VLOC,Critical Path,Project period,Optimization目录第1章绪论 (1)1.1研究背景及意义 (1)1.1.1研究背景 (1)1.1.2研究意义 (1)1.2研究的内容和方法 (2)1.2.1研究内容 (2)1.2.2研究方法 (2)第2章关键路径法理论概述 (3)2.1关键路径法的概念及原理 (3)2.2关键路径法的特点 (3)2.3国内外研究现状 (4)2.3.1国外研究现状 (4)2.3.2国内研究现状 (4)2.4关键路径法的优化策略 (5)2.4.1时间优化 (5)2.4.2时间一资源优化 (6)2.4.3时间一成本优化 (7)第3章北船重工VLOC项目概况 (8)3.1企业及项目概况 (8)3.1.1青岛北海船舶重工简介 (8)3.1.225万吨VLOC矿砂船项目概述 (8)3.2VLOC船舶项目的工程现状 (10)3.3VLOC船舶项目建造存在的问题分析 (10)3.3.1项目关键路径周期过长 (10)3.3.2项目关键路径资源分配的科学性欠佳 (10)3.3.3生产工序网络图不够完整 (11)3.3.4物资采购问题拉长了关键路径工序的持续时间 (11)3.4关键路径法在VLOC矿砂船项目管理中的应用可行性分析 (11)3.4.1动作时间的准确评估 (11)3.4.2网络图的准确绘制 (11)3.4.3控制关键路径的变换 (12)3.5VLOC矿砂船项目关键路径的优化路线 (12)第4章VLOC项目坞内生产阶段的优化 (14)4.1坞内施工阶段关键路径的计算 (14)4.2坞内施工关键路径之船体合拢线的优化措施 (15)4.2.1货仓区域合拢的优化措施 (15)4.2.2船体合拢线之舱室交验的优化措施 (19)4.2.3船体合拢线之舱室涂装的优化措施 (21)4.3坞内施工关键路径之主机轴系安装线的优化 (22)4.3.1轴系照光开始时间的提前 (22)4.3.2轴系施工周期的优化 (23)4.3.3缩短主机安装周期 (24)第5章VLOC项目水下生产阶段的优化 (26)5.1水下系泊阶段关键路径的计算 (26)5.2水下系泊阶段关键路径之主机安装调试线的优化措施 (26)5.2.1机舱涂装工序的前移 (27)5.2.2滑油系统串油效率的提升 (27)5.2.3水下轴系施工的策划及准备 (29)5.3水下系泊阶段关键路径之倾斜实验线的优化措施 (29)5.3.1加强调试服务商的管控 (29)5.3.2加强压载舱油漆的防护 (29)5.3.3加强检验意见的及时处理 (30)第6章VLOC项目坞内及水下阶段优化后对比 (31)6.1VLOC坞内生产阶段优化效果对比 (31)6.1.1VLOC坞内生产阶段关键路径之船体合拢线优化效果对比 (31)6.1.2VLOC坞内生产阶段关键路径之主机安装线优化效果对比 (31)6.2VLOC水下生产阶段关键路径的优化效果对比 (32)6.2.1水下系泊阶段关键路径之主机安装调试线优化效果对比 (32)6.2.2水下系泊阶段关键路径之倾斜实验线优化效果对比 (33)6.3关键路径理论应用前后的项目周期对比 (33)第7章结论 (34)参考文献 (35)攻读硕士学位期间取得的学术成果 (37)致谢 (38)中国石油大学（华东）工程硕士学位论文第1章绪论1.1研究背景及意义1.1.1研究背景自2008年国际金融危机以来，世界主要经济体经济运行乏力，经济形势一如既往的脆弱和不稳定，政府行政性的经济刺激和规模化的投资拉动，依然是推动经济发展的主要手段。

运沙船结构强度规范计算【开题报告】

开题报告船舶与海洋工程运沙船结构强度规范计算一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义近年来超载运输船舶, 特别是运沙船舶,海事部门的打击遏制行动从未间断过, 虽然每年海事部门通过联合执法行动进行集中打击, 也取得了一定效果, 但联动过后超载情况依然存在。

这些超载运沙船舶固有其存在的复杂原因, 甚至在联动期间为了逃避检查, 运沙船还改变航行规律, 白天在偏僻水域抛锚集结, 其中不乏有部分船舶跟海事执法打时间差, 只要钻到空子就会冒险超载滥载, 令海事部门现场管理不胜头疼。

一、主要原因导致沙船超载的最根本原因是经济利益的驱动。

沙船超载的起因是少量小型沙船冒风险超载, 从中获取了额外的非法利润, 进而大批小型沙船跟风、效仿, 扰乱了水运市场的正常秩序,导致水运市场的恶性竞争, 发展到“不超载, 不赚钱”的地步。

船主有的通过借贷方式购买的船舶, 为了早日收回投资, 以牺牲安全为代价, 甘心冒极大的危险进行超载运输。

1. 利益驱动是根源。

首先, 船舶营运中所缴纳的诸多规费大多是以净吨位为标准进行征收的, 在净吨位不变的情况下, 船舶超载越多, 单位载重吨所缴规费就越少; 其次, 市场对沙的交易方式是以单船超载时沙的立方数结算的, 船舶一旦不超载也意味着交易困难, 长期以来这一结算方式成了习惯, 同时形成了潜规则。

2. 安全意识淡薄是主观原因。

沙船上船员大多都未受过系统且正规的教育和培训, 安全意识不强, 安全知识欠缺, 加上主观认为长期以来该水域都没有因为超载而发生水上交通事故,在这种意识的支配下, 超载沙船越发普遍。

3. 超载砂船为非法采沙提供了温床。

根据广东省2005 年出台的公告显示, 韩江水域中下游大部分水域是禁采区(澄海辖区水域全部为禁采区), 非法采沙及沙船船东为谋取高额利益, 为了逃避管理部门的检查, 经常利用夜间进行采沙及运输, 这一现象导致另一个严重后果是, 超载沙船为非法采沙的生存提供了土壤。

大型矿砂船货舱段结构强度的有限元分析

ＶＬｓｒｓｎｅｉａｅ．ＡｎｔｌｍｅｔｄｌｒａｇｏｄｏｅｓｉａｅｐｖａＭＳ／ＡＴＯＣｗａｅｅｔｄｉｔｓｐｐｒｐｎｈｆｉｅｅｎｉｅｍｏｅｒｏｈｌｆｈｈｐｗｓｓｔｉＣＰＲＡＮｏｆｃｔｕ
从而也就带动了大型矿砂船市场的异常活跃。
Ｕ刖置
一
般来说，矿砂船载重量越大，济性越好，经所
大型矿砂船
（ｅｙＬｒｅＯｅＣｒｅ．简称Ｖｒａｇｒａｒｒｉ
以矿砂船正朝着大型化发展，之航道条件的改善加
ＦｎｔｅｅｔｉｉｅＥｌｍｎａｙｉｎＰｒｍａｙＳｒｃｕｅＡｎｌｓｓｏｉｒｔｕｔｒｓｉｒｏＨｏｄｆｒＶＬ０ＣｎＣａｇｌｏ
ＦｎＸｉｎ — ｏｇＬｎ－ａａａｇ－ｎｕＨｏｇｇｎｄ
模块。过建立船中区域的三舱有限元模型来评估通
结构在各种指定工况下的结构响应。ＳＦＨＬＡＥＵＬ的
近年来，界钢铁工业发展迅速，世铁矿石需求量逐年增加，特别是东亚地区尤其中国对铁矿石的需求量直线上升。众所周知，界上铁矿石主要集中在巴世
船具有重要意义。
大型矿砂船的结构设叶是重要的关键技术。这种船在结构上与一般的散货船差别很大，典型横其

25万吨级矿砂船结构设计

25万吨级矿砂船结构设计王峰;杨庆和;徐宜兵【摘要】超大型矿砂船(VLOC)尺度大,所受载荷恶劣复杂,在结构设计中,有限元分析是必不可少的工作.介绍了25万吨级矿砂船的结构设计特点,阐述了针对矿砂船多发问题所做的优化工作,尤其在货舱布置时设置数量适宜的横舱壁既有利强度问题,同时也便于装卸货的灵活性.【期刊名称】《船舶设计通讯》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】6页(P39-44)【关键词】矿砂船;结构设计;有限元【作者】王峰;杨庆和;徐宜兵【作者单位】上海船舶研究设计院,上海201203;上海船舶研究设计院,上海201203;上海船舶研究设计院,上海201203【正文语种】中文【中图分类】U674.13+4.1近年来，我国铁矿石运输快速发展，超大型矿砂船运输铁矿石的效率较高，与好望角型散货船相比，适用于中澳航线的20万吨以上的超大型矿砂船在节能环保及经济效益上，具有无可比拟的优势。

矿砂船虽然属于散货船同一类型，但是国际船级社协会（IACS）制定的散货船结构共同规范的适用范围不包括矿砂船，所以无需满足散货船共同规范CSR的要求，完整稳性计算工况不受 IACS URS25的限制，也不需要满足IACS URS17关于货舱进水的强度计算，各大世界级船级社对矿砂船的要求也不尽相同，技术设计方面的规范仍在完善过程中。

本文，介绍利用有限元方法评估并优化了矿砂船的结构，尤其在货舱横向强度及高应力集中区的结构对比中，根据计算结果进行改善。

25万吨级矿砂船主要服务航线是澳大利亚——中国，以运输铁矿石为主。

该船货舱区仅中央部分为货舱，两侧为两道平面纵舱壁，舷侧边舱有较大空间可以布置压载水舱、燃油舱和空舱。

全船双层底为空舱、无管隧、设置一根中纵桁。

全船共分为9个货舱，设置8道槽型横舱壁，相比于常规船型5个货舱的分舱形式，9货舱的布置在装卸货的灵活性以及结构的安全性上更胜一筹。

高密度的铁矿石集中装载在中间货舱，双层底负荷非常大，由水压及货物压力所引起的货舱横向及纵向强度问题通过设置横舱壁得到了极大改善，对于按EL100船级符号设计的矿砂船，货物快速装载操作也更易于实现。

超大型桩定位式抓斗挖泥船结构强度研究报告

超大型桩定位式抓斗挖泥船结构强度研究报告超大型桩定位式抓斗挖泥船是一种海洋施工用船，主要用于河口、港口等淤泥深埋区域的挖掘和疏浚。

为了保障该类船的使用安全和寿命，需要对其结构强度进行研究。

一、结构组成超大型桩定位式抓斗挖泥船主要由船体、抓斗、定位式桩、动力系统等组成。

其中，船体是船舶结构的基础，采用钢结构，抗弯、抗扭性能要求高；抓斗主要包括真空泵、宽板、撑杆、吊杆等，是挖泥作业的工作机构；定位式桩是为了保证抓斗稳定而设立，通常采用方形钢管；动力系统包括发动机、推进器、控制系统等，可以提供船舶行驶、作业和转向等需要的功率和控制。

二、结构强度超大型桩定位式抓斗挖泥船结构强度的研究主要包括振动特性、疲劳寿命、稳定性等方面。

在强度设计中，需要考虑以下因素：1、荷载分析：船舶可能受到海浪、重物、挖泥作业等多种荷载的作用。

需要通过荷载分析计算荷载的大小和方向，进行合理的结构设计。

2、应力分析：船舶结构部件受荷载作用时，产生内力和应力。

需要对结构受力状况进行分析，计算应力的强度和分布，确定结构部件的尺寸和材料。

3、振动特性：船舶在水中行驶或作业时会出现船体振动。

需要对船体的振动特性进行研究和分析，以确保船舶的稳定性和工作效率。

4、疲劳寿命：船舶在长时间使用过程中，结构部件会产生疲劳破坏，需要通过疲劳试验和数值模拟预测船舶的疲劳寿命。

5、稳定性：船舶的稳定性是决定其安全性和航行性能的关键之一，需要进行静稳力学、动稳力学等方面的计算、分析和试验研究。

三、结论超大型桩定位式抓斗挖泥船结构强度研究表明，该类船舶结构的设计和制造需要充分考虑多种因素的作用，并进行综合性分析和判断。

在结构强度评估和优化设计方面，需要充分运用数字化技术和仿真试验手段，提高研究的准确性和实用性。

未来，需要进一步加强船舶结构强度研究和技术创新，提高超大型桩定位式抓斗挖泥船的安全性、效率和可靠性。

由于未给出具体的相关数据，以下列出一些常见的与超大型桩定位式抓斗挖泥船结构强度研究相关的数据指标，并进行简单的分析。

链斗式砂船结构强度直接计算分析

行计算与分析，特别对连接桥结构进行了分析与讨论，最终经过结构优化，使强度满足规范要求。关键词：砂船；横向强度；扭转强度；连接桥中图分类号：Ｕ６６１．４３文献标识码：Ａ文章编号：１００６ — ７９７３（２０１３）０６ — ００８７ — ０２
取９．０。
２．扭转强度
（Ｉ）边界条件图２纵向结构图收稿日期：２０１３ — ０３一ｉ０
在连接桥中心节点上施加全位移约束，以排除局。
将其中一个片体的底部施加约束，详细边界条件如表２
所示。表２边界条件
注：Ｘ表示约束
（２）计算载荷在不加约束的片体施加按下式计算所得的连接桥垂向剪
力，垂向剪力平均施加在片体中纵剖面船底强构件的交叉节
横向结构图
１
’
点上
：
。
：，，
Ｆ－：
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・，＾ｐ
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＿
式中：一采砂船的排水量，２７５．３０７ｔ；
ｓ＿航区系数，内河Ｂ级，按规范第ｉ－４章第六节选
一
模型范围为整船模型，各船体构件采用壳元或梁元模拟，

7800吨化学品船锚机基座及下加强结构强度分析

7800吨化学品船锚机基座及下加强结构强度分析1. 引言1.1 背景介绍船舶是进行海洋运输的重要工具，而船舶在海上航行时需要考虑到各种复杂的海况和环境因素。

为了确保船舶的安全运行，船舶的各个部件都需要经过严格的设计和检测。

锚机作为船舶停靠和锚泊时的重要装置，其基座和下加强结构的设计和强度分析尤为重要。

通过对锚机基座结构、下加强结构的建模和分析，可以更好地了解其受力情况和强度设计是否符合安全要求，为化学品船的设计和运行提供技术支持和参考依据。

通过本研究，可以有效提高化学品船的安全性和稳定性，为其在复杂海况下的运输提供保障。

1.2 研究目的研究目的是对7800吨化学品船锚机基座及下加强结构的强度进行分析，旨在评估其在实际运行中的稳定性和安全性。

通过对锚机基座结构、下加强结构的强度评估，可以为船舶设计和建造过程中提供重要参考，确保船舶在恶劣海况下仍能保持稳定性。

有限元分析、应力分布分析和疲劳寿命分析的开展，将有助于进一步了解该船舶在不同负荷下的结构强度情况，为船舶运行中的设备维护和保养提供理论依据。

本研究的目的是为了全面评估船舶锚机基座及下加强结构的强度情况，并提出合理的结构设计建议，为该类型船舶的安全运行提供技术支持。

2. 正文2.1 锚机基座结构分析锚机基座是化学品船的重要组成部分，直接影响着船舶的安全性和稳定性。

在7800吨化学品船中，锚机基座的设计和强度分析显得尤为重要。

锚机基座的主要功能是支撑锚机、分担锚机产生的各种力及力矩，并将这些力传递给船体，使船体保持稳定。

为了确保锚机基座的稳定性和安全性，需要进行详细的结构分析。

进行静态分析，考虑锚机产生的各个方向的力和力矩，确定锚机基座的受力情况。

然后，进行动态分析，考虑船舶在恶劣海况下的运动情况，分析锚机基座在振动和冲击载荷下的受力情况。

通过有限元分析，可以模拟锚机基座在不同条件下的受力情况，找出结构的薄弱点并加以改进。

对锚机基座的材料进行强度评估，确保其符合相关标准和规定。

矿砂船舱口间甲板结构的横向强度评估

矿砂船舱口间甲板结构的横向强度评估潘曼;朱凌【摘要】针对一艘舱口间甲板发生屈曲破坏的矿砂船,对其舱口间甲板及其附连结构进行横向压缩强度分析.根据已提出的基于\"第一原理\"的简化计算方法,采用非线性有限元分析方法,对舱口间甲板结构进行横向极限强度分析,非线性有限元计算结果与简化计算方法的结果接近,验证了简化计算方法的合理性.此外,为了预估结构可能的失效模式,采用半解析公式计算舱口间甲板结构的临界应力,为强度评估提供了依据.综合评估结果表明,舱口间甲板结构的强度储备不足以抵抗外部载荷,屈曲破坏起始于檐板、舱口间甲板和垂向列板,这与目标船的事故分析报告中的屈曲现象吻合.【期刊名称】《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》【年(卷),期】2019(043)002【总页数】5页(P253-257)【关键词】矿砂船;舱口间甲板结构;横向强度;非线性有限元法;临界应力【作者】潘曼;朱凌【作者单位】武汉理工大学交通学院武汉 430063;中国舰船研究设计中心武汉430064;武汉理工大学交通学院武汉 430063;高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海 200240【正文语种】中文【中图分类】U661.430 引言矿砂船作为远洋运输铁矿砂的主要工具，日益趋于大型化发展.专用矿砂船不同于传统的散货船，是专门为运输铁矿砂而设计建造的.在恶劣海况下，高密度的铁矿砂集中在货舱区域，货物压力、水压和惯性力等外载的联合作用，使得船体结构承受巨大的横向载荷和纵向载荷.在传统的船舶结构的设计和评估中，船级社要求结构的工作应力满足许用应力要求[1]，但这种方法无法预估和校核结构的极限承载能力.全船有限元分析方法作为分析船体极限强度的有效方法，逐渐取代传统的方法.罗秋明等[2]对载重量450 000 t超大型矿砂船进行全船有限元分析，评估全船结构的极限强度.全船有限元分析方法的结果接近实船的真实受载情况，更具可信度，但建模周期长，工作效率低，尤其在结构设计的初步阶段，不适用于局部强度的评估.对于船舶局部结构的极限强度评估，Do等[3]对380 000 t超大型矿砂船的典型船体板架结构进行极限状态评估，讨论边界条件、双轴向载荷和侧向载荷对船用加筋板极限状态的影响，比较Pre-CSR 和CSR 方法在结构设计中的差异.Zhang等[4-5]提出了计算加筋板极限强度的半解析公式，通过56个加筋板试验模型验证公式的可行性，并将提出的公式应用于46艘油船和散货船的甲板及船底板极限强度的评估.文中选取一艘发生屈曲破坏的矿砂船A，对其舱口间甲板及其附连结构(后文称舱口间甲板结构)进行横向强度分析和评估.基于“第一原理”的简化计算方法、非线性有限元方法和临界应力的计算，本文旨在为舱口间甲板抵抗横向压缩载荷时的强度初步分析和预估及船舶的屈曲事故分析提供一套可行的方法.1 舱口间甲板结构的横向强度分析1.1 基于“第一原理”的简化计算矿砂船A在从澳大利亚行驶至日本的途中，遭遇严重海况导致舱口间甲板、舱口围板等结构发生严重屈曲损伤，且舱口角隅并未发生明显的破坏，因而压缩强度评估的目标区域选取矿砂船A第三货舱和第四货舱之间的甲板，其结构尺寸模型见图1，目标船的主尺度见表1.将目标区域的舱口间甲板结构分成七个部分(见图2)，其结构尺寸见表2(后文分别称为结构C1～C7).图1 目标矿砂船的布置图表1 目标船的主尺度载重量/t267 000吃水T/m20.4船长L/m315货舱数5型宽B/m55舱口数5型深D/m26.4图2 舱口间甲板结构图(第三货舱与第四货舱之间)表2 舱口间甲板的结构尺寸表mm结构骨材类型骨材尺寸带板板厚距中和轴距离C1横梁L300×90×171414 879C2横梁L300×90×171213 150C3横梁L300×90×1713.5/21.513 750C4横梁L300×90×151211 920C5横梁L300×90×151211 245C6横梁L300×90×151213 075C71210 090矿砂船舱口间甲板结构沿船长方向不连续，承受较少的纵向载荷，其作为矿砂船舱口之间的主要横向承力结构，需抵抗由于货物压力、水压和惯性力等外载的联合作用而产生的巨大横向载荷.矿砂船所受的主要载荷有货物重量、空船重量、舷外水压力和波浪力等.Zhu等[6]给出了各个分力的计算公式，由静力平衡得到舱口间甲板结构承受的横向载荷，并假设该横向压缩力沿船长方向均匀分布.结构单元的面积和形心距中和轴的距离分别为(A1,A2,…,An)和(Z1,Z2,…,Zn)，则离散结构的应力为(1)1.2 非线性有限元计算采用有限元分析软件Abaqus的弧长法，对舱口间甲板及其附连结构的压缩极限强度进行非线性有限元计算.有限元模型的材料选用与目标船相同的钢材，其材料属性为：弹性模量E=200 GPa，泊松比υ=0.3，屈服强度σy=235 MPa.考虑到计算时间和计算结果的精确性，采取以下单元尺寸方案：沿板格宽度方向取八个S4R单元，沿普通腹板高度取一个S4R单元，面板用Beam单元，尽量使网格为正方形.有限元分析模型共计72 464个节点和75 477个单元，其有限元模型见图3.图3 舱口间甲板结构的有限元模型1.2.1 初始缺陷初始变形能够明显影响板和加筋板的极限强度特性，本文的处理方法是先进行特征值屈曲分析，选取与以下三种变形形式相似的屈曲模态，并赋予相应的变形幅值，叠加在一起完成加筋板初始变形的施加.对于变形幅值，按照Fujikubo等[7]提出的方法进行施加：①纵横骨架之间的板格的变形幅值为Wp=0.05β2t；②加强筋垂直方向的柱型初始缺陷幅值为ws=a/1 000；③加强筋水平方向的侧倾角度幅值为φ0=a/(1 000hw).其中：β为板的柔度，β=b/t(σy/E)0.5，b和t分别为板的宽度和厚度；a为加强筋的跨长；hw为加强筋腹板高度.1.2.2 边界条件及载荷施加采用笛卡尔坐标系，x轴正向指向船首，y轴正向指向右舷，z轴正向沿型深向上.由于舱口间甲板沿型深方向所受到的压缩载荷并不是均匀分布的，采用加力控制的方式和板架的真实受力相差较大，本模型采用位移控制的方式进行加载[8].模型的横向构件两端采用简支方式，即Ux=Uz=Rz=0，并沿型深方向施加线性分布的横向压缩位移载荷Uy，载荷施加方式见图4；水平桁材与横舱壁交接的部位采用刚性固定；为避免模型在y方向有刚体位移，中纵桁与上甲板交界处Uy=0. 图4 舱口间甲板结构的加载方式1.3 理论分析方法1) 模式1 加强筋受压屈曲.这种崩溃模式发生在压缩和反向弯曲载荷组合作用下，此时加强筋翼板是受压翼板，易发生压缩失效而崩溃，Hughes[9]认为(2)式中：η=(δ0+Δ)A/Z；μ=M0/(ZσY) ,A为加筋单元的截面面积,Z为离中和轴距离的最大值；M0和δ0分别为侧向载荷单独作用时产生的最大弯矩和最大挠度；Δ为梁柱的初偏心，取Δ=0.003 5LZ/(ρA)，ρ为截面的惯性半径；λ为加强筋的柔度，λ=l(σy/E)0.5/πρ，l为跨长.2) 模式2 加强筋带板受压屈曲.这种崩溃模式发生时带板已达到极限应力，加强筋继续承受拉伸载荷，Faulkner等[10]提出极限应力的计算公式为(3)(4)(5)式中：σe为带板的应力；As为筋的剖面积；σc为柱屈曲的临界应力；pr为系数，通常取为0.5；λce为柱的柔度系数；be和βe分别为带板的有效宽度和有效柔度系数；σr为焊接残余压应力；Gt为压缩加筋板的切线模量.上述物理量的计算见文献[11]，当带板的应力σe等于柱屈曲的临界应力σc时，认为发生带板的屈曲破坏.由于σc 和σe 均与be有关，而be又与Gt(即σc)有关，因此,需要进行关于be(或σe)的迭代计算，直到σc =σe为止.3) 模式3 加筋板腹板的局部屈曲或侧倾.一旦加强筋腹板发生局部屈曲或侧倾，即认为加筋板发生破坏，因为筋失稳后，加筋板将失去主要支撑，很快发生崩溃.Paik等[12]给出超出弹性范围后加筋板的腹板侧倾时的极限应力计算公式.(6)(7)(8)(9)式中：σpE和σwE分别为带板和腹板弹性范围内的屈曲应力，需用式(9)进行修正之后，再将临界应力带入式(6)进行计算；kp和kw分别为加强筋带板和腹板的弹性屈曲系数；为泊松比0.3；b和tp分别为带板的宽度和厚度；tw和hw分别为加强筋腹板的厚度和高度；pr为与材料比例极限有关的系数，一般取为0.5.4) 模式4 筋板整体崩溃.当加筋板的骨材较弱时，筋板发生整体崩溃.文献[4]通过56个加筋板试验模型的验证，提出了具有工程实用价值的半解析计算公式为(10)5) 模式5 板的屈曲.舱口间甲板的水平桁材上没有加强筋，其破坏模式为板的屈曲.考虑了残余应力和初始变形，文献[10]提出板的极限应力计算公式为(11)式中：ζ=1+2.75/β2.结构不同破坏模式下的极限应力的最小值便认为是其临界应力σcr，临界应力为判断舱口间甲板结构最易发生的破坏方式提供依据，即σcr=min(σu1,σu2,…,σun)(12)2 横向强度计算结果分析舱口间甲板结构的横向压缩强度分析采取非线性有限元方法和半解析公式，并将计算结果与基于“第一原理”的简化计算方法进行对比.表3为无因次应力值及比较.由表3可知，σapp/ (σu)FEM的范围稳定在1左右，表明本文的有限元计算方法计算舱口间甲板结构的横向极限强度，和简化计算方法结果吻合较好.两种方法相互验证，可用来评估矿砂船舱口间甲板结构的横向强度.σcr /σapp的大小(即结构安全因子FOS)表征结构破坏的先后顺序和严重程度.工程设计中，期望FOS大于1，当FOS小于1时，结构开始发生破坏，结构的FOS越小，越易发生破坏.舱口间甲板结构最先发生破坏的结构为C1,C6,C7，进而扩展至C3,C4,C2,C5.表3 无因次应力值及比较结构σappσyσcrσy(σu)FEMσyσcrσappσapp(σu)FEMC10.9980.8050.9990.8070.999 C20.8660.7960.8170.9201.060C30.9260.8070.9630.8710.962C40.8010.7350. 7870.9181.018C50.7530.7280.7110.9671.059C60.8800.7210.8930.8190.985C 70.6720.5660.5830.8421.153表4为舱口间甲板结构在不同破坏模式下的应力值，舱口间甲板的结构的不同构件的临界应力大于0.75 σy，符合劳式船级社规定的低碳钢许用应力175MPa/kL.其中:kL为材料系数.从舱口间甲板结构的临界应力的取值来看，带板的受压屈曲(柱屈曲)或光板的屈曲是导致结构失效的主要崩溃模式.表4 不同破坏模式的无因次极限应力值结构模式12345σcrσyC10.9460.8050.9100.9200.805C20.9490.7960.8850.8770.796C30 .9450.8070.8930.8830.807C40.9450.7350.8370.8690.735C50.9450.7280.8380.8680.728C60.9450.7210.8380.8670.721C70.5660.566板架结构计算结果的无因次应力-应变曲线见图5.结构的主要失效模式为强构件之间的梁柱屈曲，在C3和C6处尤为明显；此外由于C1尺寸较强，承受压缩载荷时，发生受压屈服破坏.图6为舱口间甲板结构的极限应力和计算应力在型深方向的分布.由于远离中和轴，C3,C1,C2等结构率先进入极限状态，靠近中和轴的C7，其应力水平小于C3等靠近中和轴的结构.图5 舱口间甲板结构无因次平均应力-应变曲线图6 有限元和简化计算方法预报压缩应力分布3 结论1) 舱口间甲板的结构的不同构件的临界应力大于0.75σy，符合劳式船级社规定的低碳钢的许用应力要求；从舱口间甲板结构的临界应力的取值来看，带板的受压屈曲(柱屈曲)或光板的屈曲是导致结构失效的主要崩溃模式.2) 舱口间甲板板架的有限元建模计算结果和简化计算方法结果吻合较好.因而，基于“第一原理”简化计算方法和本文的非线性有限元手段可用来初步估算结构的横向压缩强度是否满足要求，以及在屈曲事故发生后，对事故进行评估.3) 有限元计算方法结果表明，舱口间甲板结构的强度储备不足以承受恶劣的海况，较容易发生的破坏模式为梁-柱屈曲和板屈曲.第三货舱和第四货舱之间的甲板及其连接结构的破坏最先发生在舱口围板(C1)、檐板(C6)、水平桁材(C7)和上甲板(C3)等处，这与屈曲失效实船中观察到的舱口间甲板结构、舱口围板等结构发生严重屈曲损伤的现象符合.参考文献【相关文献】[1]HUGHES O F, PAIK J K .Ship structural analysis and design[J]. Society of Naval Architects and Marine Engineers, 2010(1):25-29.[2]罗秋明,薛鸿祥,唐文勇.45万吨级超大型矿砂船全船结构有限元分析[J].船舶工程,2010(2):156-164.[3]DO H C, JIANG W, JIN J X. Estimation of ultimate limit state for stiffened-plates structures: applying for a very large ore carrier structures designed by IACS common structural rules[J].Applied Mechanics and Materials, 2013(4):1012-1018.[4]ZHANG S, KHAN I. Buckling and ultimate capability of plates and stiffened panels in axial compression[J]. Marine Structures, 2009,22(4):791-808.[5]ZHANG S. A review and study on ultimate strength of steel plates and stiffened panels in axial compression[J]. Ships and Offshore Structures, 2016,11(1):81-91.[6]ZHU L, CHENG F. Strength assessment of ore carrier cross-deck structures[C].The Twenty-fourth International Ocean and Polar Engineering Conference,London, 2014. [7]FUJIKUBO M, YAO T, KHEDMATI M R, et al. Estimation of ultimate strength of continuous stiffened panel under combined transverse thrust and lateral pressure Part 1: Continuous plate[J]. Marine Structures, 2005,18(5):383-410.[8]吉国明,孙刚,张量.承受轴压载荷的加筋板的准静态分析[J].机械强度,2013,35(3):308-311.[9]HUGHES O F. Ship structural design: a rationally-based, computer-aided, optimization approach[M]. New York:Wiley-Interscience, 1983.[10]FAULKNER D, ADAMCHAK J C, SNYDER G J, et al. Synthesis of welded grillages to withstand compression and normal loads[J]. Computers & Structures, 1973,3(2):221-246.[11]PAIK J K, THAYAMBALLI A K, PARK Y E. Local buckling of stiffeners in ship plating[J]. Journal of Ship Research, 1998,42(1):56-67.[12]PAIK J K, THAYAMBALLI A K, LEE W H. A numerical investigation of tripping[J]. Marine structures, 1998,11(4):159-183.。

矿砂船船体结构强度直接计算指南(初排稿)中

中国船级社矿砂船船体结构强度直接计算指南20142014年 7月 1日生效北京 Beijing指导性文件GUIDANCE NOTESGD 08 -2014出版说明为适应国际上当前大型矿砂船的开发和设计的需要,配合国家开展大型矿砂船船型开发研究的计划, 由原国防科工委立项, 经造船工程学会委托, 中国船级社在2009年基于我社《钢质海船入级规范》、《双舷侧散货船结构强度直接计算指南》、《油船结构直接计算分析指南》、《船体结构疲劳强度指南》等规范及指南的基础上研究编写了大型矿砂船结构强度直接计算指导性文件。

近几年来, 根据多型矿砂船的审图、入级反馈, 我社重新修订了该指导性文件, 形成了《矿砂船船体结构强度直接计算指南》 2014稿。

本指南的主要内容包括 :1规定了指南的适用范围、船型定义、符号 ;2整船直接计算的建模要求、工况定义、载荷计算及应力衡准 ;3舱段直接计算的建模要求、工况定义、载荷计算及应力衡准 ;4细化网格详细应力评估的部位、建模要求、许用应力 ; 5疲劳强度评估的部位、计算方法及衡准 ;6晃荡载荷要求下的压力计算、结构强度评估。

目录第 1章总则1.1 一般规定1.2 定义1.3 构件尺寸第 2章货舱区域结构强度直接计算2.1 一般规定2.2 结构有限元建模2.3 屈服强度评估2.4 屈曲强度评估2.5 详细应力评估第 3章整船结构强度直接计算3.1 一般规定3.2 结构有限元建模3.3 工况及载荷3.4 惯性平衡及边界条件3.5 应力衡准第 4章疲劳强度评估4.1 一般要求4.2 有限元建模4.3 工况与载荷4.4 疲劳强度评估方法4.5 主要构件应力评估4.6 舱口角隅的应力评估附录 1 矿砂船波浪载荷计算规程第 1章总则1.1 一般规定1.1.1 本指南适用于船长 150米及以上,整个货舱区域内通常建有单甲板、两道纵向舱壁和双层底、仅有中间货舱主要用于运输矿砂货物的无限航区、自航式矿砂船船体结构强度直接计算评估。

货舱内液化矿砂晃荡机理及数值计算研究

货舱内液化矿砂晃荡机理及数值计算研究王惠;管陈;丁峻宏;金允龙【摘要】装载含水量较高矿砂的船舶在长时间摇摆和振动时,装载的矿砂会出现液化现象,其中的水分会析出,并在矿砂表面形成自由液面.受液化矿砂的粘性流动及表层液面的影响,运输该类货物的船舶易发生倾覆事故.建立了载有液化矿砂的三维货舱数值模型,探讨了货舱晃荡时矿砂液面、壁面载荷以及货舱横摇力矩的变化规律等;结合横摇实验现象对液化矿砂晃动机理和危害性进行了初步验证.结果表明:货舱内粘性矿砂的流动滞后于货舱的横摇运动,因而货舱横摇力矩的变化与货舱运动存在着相位滞后的关系,其最大值发生在货舱处于最大晃动角度后返回到平衡位置的过程中;货舱回摇过程中,倾侧的液化矿砂不能及时回流,会在一侧产生堆积,进而增加船舶倾侧力矩,最终可能会导致船舶倾覆.【期刊名称】《上海船舶运输科学研究所学报》【年(卷),期】2014(037)002【总页数】6页(P1-6)【关键词】液化矿砂;自由液面;晃荡;数值模拟;横摇力矩【作者】王惠;管陈;丁峻宏;金允龙【作者单位】上海超级计算中心,上海201203;航运技术与安全国家重点实验室,上海200135;上海超级计算中心,上海201203;航运技术与安全国家重点实验室,上海200135【正文语种】中文【中图分类】U661.30 前言经济建设的快速发展拉动了矿产资源的需求，促使矿砂的进出口贸易大量增加，但随之有关矿砂海上运输的海难事故也时有发生，引起了国、内外各界人士的高度关注［1－2］。

矿砂是一种特殊的固体散装货物，当其含水量达到一定比例时，在一定条件下具有流态化特性，容易使货物发生移动，造成船舶倾斜，对船舶稳性和安全装运有着极大危害。

因此，研究船舶货舱内液化矿砂的晃动机理对保证这类货物安全运输具有重要的现实意义。

大部分矿砂是通过水浮选矿法从压碎的矿石中分离出来的，所以这种矿砂本身就含有相当多的水分，如果露天存放受雨淋后，含水量会更高。

矿砂船船体强度与稳定性分析

矿砂船船体强度与稳定性分析叶步永;林平根;谢永和【摘要】对矿砂船船体主要结构进行有限元分析,得出在舱段内货物压力、舷外水压力、波浪压力作用下船体主要结构的结构响应,计算和分析结果表明船体主要结构满足强度与稳定性要求.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2007(036)003【总页数】3页(P11-13)【关键词】矿砂船;强度;稳定性;有限元法【作者】叶步永;林平根;谢永和【作者单位】浙江海洋学院,船舶与建筑工程学院,舟山,316004;浙江海洋学院,船舶与建筑工程学院,舟山,316004;浙江海洋学院,船舶与建筑工程学院,舟山,316004【正文语种】中文【中图分类】U663.2矿砂船主要运输铁矿石，水泥等固体货物。

随着全球经济的发展，对钢材的需求量日益增大，对铁矿石的需求量也就越来越大，固对矿砂船的吨位和数量要求也越来越高,设计良好的矿砂船船体结构也是造船业追求的目标。

由于铁矿石、水泥等密度较大，因此对矿砂船船体主要结构进行有限元计算[1]，是保障船舶安全营运的关键。

以一艘沿海矿砂船为研究对象，该船单壳双底，货舱全长为55.6 m、型宽15.8 m、型深7.5 m，肋距0.65 m。

全船分为两个货舱，货舱舷侧采用横骨架式，双层底采用的是纵骨架式结构。

由于强度的要求在双层底内底纵骨的跨距中点处设有垂直撑柱，此垂直撑柱的强度须进行有限元计算，是本文校核船体主要结构的主要对象。

1 有限元模型1.1 船体主要结构有限元模型利用MSC.Patran软件对船体主要结构建立有限元模型。

船体主要结构的有限元模型如图1所示。

根据中国船级社《散货船结构强度直接计算分析指南》[2],选取有限元网格尺寸；船体与舷侧板架结构采用板单元和梁单元模拟。

模型范围1/2舱段+1/2舱段，模型坐标系位于内底表面，其x轴沿船体纵向指向船艏，y轴沿船宽方向指向左舷侧，见图1所示。

图1 有限元模1.2 有限元模型的边界条件有限元模型在舷侧顶端约束x、y、z三方向的平动位移。