“4E”级宽扁型江海直达船结构安全可靠性探析

中 图 法 分 类 号 ：U663. 2
od # 10. 3963/j. issn. 2095-3844. 2018. 03. 006
0引 百
船 舶 大 型 化 是 当 前 航 运 市 场 主 要 趋 势 ，大型 船舶有较高的运输效率、较低的能源消耗，从而有 良 好 的 经 济 性 ，在 严 酷 的 市 场 环 境 中 具 有 竞 争 优 势[1].但 由 于 长 江 是 自 然 航 道 ，船 长 、吃 水 受 限 ，型 深 受 桥 梁 净 空 高 制 约 ，大 型 化 唯 有 增 加 船 宽 ，开发 适应长江自然条件的宽扁型船舶.
1 船体结构极限强度
船体结构极限强度是指其具有的最大承载能
力 ，如果船舶遭受的外载荷比船体结构极限强度
大 ，则会发生船体崩溃，导致海难海损事故发生.
，极 度 是 船
安 可靠的
重要内容.
通常计算船体结构极限强度的方法有直接计
算法和逐次崩溃分析法.直接计算法是面向设计
的 方 法 ，包 括 线 弹 性 方 法 、经验公式法以及解析方
第 42卷 第 3期 2018年 6 月
武 汉 理 工 大 学 学 报 （交 通 科 学 与 工 程 版 ） Journal of Wuhan University of Technology
(Transportation Science > Engineering)
Vol.42 No.3 June 2018
得 出 船 体 梁 的 极 限 强 度 ，其 计 算 精 度 很 大 程 度 上
取决于假设的极限状态船体剖面应力分布.逐次
收稿日期％018-04-07 裴志勇（1974— ）：男 ，博士，副教授，主要研究领域为船体结构安全
第 3期
裴 志 勇 ，等 ％“E”级 宽 扁 型 江 海 直 达 船 结 构 安 全 可 靠 性 探 析
“4E”级宽扁型江海直达船结构安全可靠性探析
裴志勇12 朱 波 % " 吴卫囯12
( 武汉理工大学交通学院% " 武 汉 4 3 0 0 6 3 ) ( 武 汉 Байду номын сангаас 工 大 学 高 性能舰船技术教育部重点实验室2 ) 武 汉 430063)
摘 要 ：船 舶 大 型 化 为 当 前 航 运 市 场 主 要 趋 势 ，受 长 江 航 道 自 然 条 件 制 约 ，江 海 直 达 船 舶 大 型 化 唯 有
析 相 结 合 的 半 解 析 方 法 计 算 船 体 结 构 极 限 承 载 能 力 ，从 而 明 确 船 体 受 载 状 况 和 结 构 安 全 裕 度 ，为 节 能 、环 保 、经 济 、高 效 的 “ 4E” 级 江 海 直 达 船 体 结 构 安 全 可 靠 提 供 技 术 支 撑 .
关 键 词 ：宽 扁 型 江 海 直 达 船 ; 结 构 安 全 可 靠 性 ；外 载 荷 ；极 限 强 度 ；安全裕度
变 化 规 律 ，但缺乏对宽扁船型的结构特性研究. 本文从作用于宽扁型江海直达船体的载荷和
船 体 结 构 极 限 承 载 能 力 两 方 面 进 行 计 算 分 析 ，对 开 发 船 的 结 构 安 全 可 靠 性 进 行 评 估 ，从 而 明 确 船 体 的 安 全 裕 度 ，使其能安全可靠使用.
曲&
，但一 要较细的网格、较多的单
能得 理可靠的 ，对于船
的
大
而 言 ，往往由于
过长而无
实际上实施.理想 单 是
的非线
性 理想化并包括在单元中，这样可以将较大
的几何单位（如
的板格）视作一个理想结
单 元 ，从而减少 工作量;其 精度很大程
度 决于单元理想化的合理程度.S m i t h 法是
船面
板和 板 单 元 ，考虑极 i
以载量大、油耗 低 、节能环保、经济高效为目 标开发出武汉一宁波舟山航线“4E ”级 （节 能 en­ ergy-saving、环保 environment-friendly、经济 ec o n o m y 、高 效 efficient)宽扁型江海直达集装箱船 开 发 过 程 中 ，宽 扁 船 型 设 计 加 上 货 舱 采 用 长 大 开 口 使 得 其 总 纵 强 度 较 弱 ，在 海 段 遭 遇 到 恶 劣 海 况 时 引 起 船 体 结 构 破 坏 的 概 率 增 加 . 柴 俊 凯 ）]通过 改 变 12 400 t 江海直达船关键区域的材料属性与 板 厚 从 而 进 行 优 化 分 析 ，得 到 了 提 高 船 体 极 限 强 度 的 有 效 途 径 . 傅 何 琪 ）]提 出 了 一 种 解 析 方 法 用 以评估破损状态下江海通航干货船的船体纵向构 件的损失程度. Nilva等）]对江海通航集装箱船 在损失部分船体纵向构件下的船体剩余强度进行 了分析.Nilva[5]对 具 有 长 、大开口的江海直达货 船 在 弯 扭 载 荷 下 的 极 限 承 载 能 力 进 行 了 分 析 ，探 讨了复合载荷下船体极限强度随开口尺寸增大的
法等.线弹性方法简单易用，但结构屈曲后不再保
持 线 性 关 系 ，故 该 法 精 度 不 高 ，仅在设计初期估算
极 限 强 度 的 大 致 范 围 ；经 验 公 式 法 是 由 有 限 的 数
据 推 导 而 来 ，仅 对 常 规 、通用的已有船型有较好的
结果;解析方法通过假设船体剖面在极限状态时
的 应 力 分 布 ，考 虑 屈 曲 和 屈 服 的 影 响 ，用理论方法
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崩 溃 分 析 法 着 眼 于 结 构 崩 溃 全 过 程 ，可考 虑 构件
的先后顺序以及极 度后承载能力的降低，
其最大承载能力
的极 度.逐次 分
析法包括简易 如 Smith法 、非 线 性 有 法 (N F E M )[6]和理想结构单元法(I S U M )[7]等.
线性有
可以 的模拟 的屈
增 加 船 宽 ，开 发 宽 扁 型 船 舶 . 文 中 以 一 宽 扁 型 江 海 直 达 船 为 研 究 对 象 ，根 据 其 航 区 的 波 浪 散 布 状 况
进 行 波 浪 载 荷 长 期 预 报 ，分 析 作 用 于 船 体 的 外 载 荷 ，并 采 用 基 于 弹 性 大 变 形 分 析 和 刚 塑 性 力 学 分