1、毕业设计文献综述 船舶与海洋工程 关于 76m 吸沙船的波浪载荷计算 前言 ： 和船舶运动研究息息相关的一个研究领域是船舶在波浪中的载荷研究，船舶在波浪上的运动理论是研究波浪载荷的理论基础之一。波浪载荷是船舶结构设计中要考虑的最重要的载荷，它的正确计算是优化船舶结构设计，合理评估船舶强度的重要前提 。进行船舶结构分析时，首先要确定作用在船体上的载荷，而结构分析的精度又很大程度地取决于波浪载荷计算。因此，波浪载荷问题是船舶结构研究中非常重要的一个问题。 波浪载荷预报的目的，是以规则波中的波浪载荷响应为基础，通过理 论计算，确定船舶在给定的时间运行于实际海情中的波浪载荷变化特性。本文通过 Geni
2、E 软件建出船体模型，再使用 HydroD 软件为集装箱船进行波浪载荷长期预报，并与钢质海船入级与建造规范的计算结果进行比较。 短期和长期预报基本理论： 波浪载荷的预报，通常分为短期预报和长期预报两类。短期预报的时间范围为半小时到数小时，在此时间内，船的装载状态、航速、航向角以及海情都可认为是固定不变的。长期预报的时间范围是数年或整个寿命期，在此时间内，上述因素均会发生变化。 船舶在波浪中的运动响应及波浪载荷预报，对于船体结构 有限元分析、可靠性分析及疲劳分析等是十分重要的，是进行合理的船舶结构设计的基础。在给定了船舶性质的前提下，只有确定了波浪载荷，并结合船舶实际运营时的内部载荷，才能设计出
3、满足一定结构强度而又经济实用的船体。所以船舶结构生产设计水平的进步与波浪载荷理论的不断法阵与完善是密不可分的。 一般情况下，海面上的波浪不会是规则波，它通常呈现为随机的不规则波，所以应该采用概率和随机理论的方法来计算波浪诱导船体运动及载荷。波浪诱导船体运动与载荷的短期和长期预报是建立在以下三个基本假设之上的： 认为波浪和船体运动是各态历经 的平稳随机过程； 视船舶为时间恒定的线性系统； 视风浪谱和船舶响应谱为窄带谱。 波浪引起的船体载荷是随机统计量 ,需要根据现有的海洋波浪统计资料海浪谱 ,计算船体载波浪上的运动和载荷 ,作为船舶强度的衡准 ,因此需要找到船舶服役周期内 (2025年 )所受到
4、的一次最大波浪载荷 ,并要求船体能承受静水载荷与该波浪载荷的合成载荷。该合成载荷以最危险工况的外载荷作为计算载荷 ,用来校核船舶的强度 ,关键在于最大的波浪载荷的确定。计算船体在随机波浪上航行的 2025年期间 ,所承受波浪载荷的最大值 ,即 20年一遇的最大波浪载荷 。为寻求该值 ,需要将船体置于随机波浪环境中 ,计算波浪载荷的长期分布规律 ,从中截取 10-8超越概率水平的极值 ,此即为波浪载荷的长期预报。最大波浪载荷的确定需要通过波浪载荷的长期预报来寻求。本文应用波浪载荷的长期预报和设计波法来确定波浪载荷 . 对无限航区的船舶预报船体 ,当研究其服役期内可能经受的最大波浪载荷时 ,要考虑
5、船舶在世界范围海域航行时经受的海况 ,这一海况由各种周期与波高的波浪在世界海区出现的概率来表示。由于北大西洋的海况等级比较高 ,用北大西洋的波浪统计分布代替世界范围内的统计分布是国际上采纳的偏安全的做法 。 SESAM 软件系统简介： SESAM 软件系统时挪威船级社开发的应用于船舶与海洋工程领域的有限元计算分析系统。该系统主要包括剪力有限元模型的前处理器、流体与动力分析程序、线性与非线性、静力与动力结构分析程序及显示计算结果的后处理器等四个部分。其主要特点是：高效率的交互式图形前处理器简化了有限元模型的剪力，节省了大量人工准备数据的时间；计算船舶波浪载荷的程序可计算船舶在波浪中运动产生的各种
6、外力载荷，并可直接传递到结构有限元模型上；结构分析程序可解决各种结构在各种类型载荷下的应力问题，应用多层次超单元技术求解；交互式和图形后处理器不仅可提供灵活的多方面图形以显示计算结果，而且提供了用于做最终评估的程序。该系统在不同程序模块之间的数据传递非常灵活而有效。 本文以 吸沙 船为研究对象，应用挪威船级社 (DNV)的 SESAM软件系统，进行了全船载荷分析。在完成了建模以及波浪载荷的长期预报后，应用设计波法确定了波浪载荷，从而确定了计算载荷工况。根据实际情况确定了全船有限元计算的边界条件，同时应用挪威船级社(DNV)的 SESAM 软件系统进行了平衡校核 ;还根据挪威船级社的规范要求确定
7、了应力评价标准。 小结 : 在现代科学界 中，新的技术不断的涌现出来，在研究海洋工程方面的新技术新软件也被不断的开发出来， SESAM软件就是其中的一种。我们也可以借助计算机根据 SESAM软件中的GENIE将船模建模后再用 WADAM进行水动力计算，然后用 POSTRESP处理数据，输出长期与短期预报值。这对于我们研究船舶的阻力性能带来了很大的帮助。应用 SESAM软件对 吸沙船的环境载荷和结构响应进行了系统分析 ,通过定性分析得到 吸沙船 弯扭强度特点 ,确定船体波浪载荷采用的波浪载荷的长期预报及设计波法是整船船体结构强度分析的关键。本文所用的分析方法及有关结论可 用于指导和优化同类 吸沙
8、船 结构设计 ,同时 ,全船有限元结构强度分析技术对于其他类型的船舶整船强度分析也起到借鉴作用。 参考文献： 1马广宗 .35000DWT 散货船整体结构有限元分析计算模型浅析 .船舶设计通讯 .1996 年 12 月 2李辉 .FPSO 储油轮运动与波浪载荷三维水弹性分析方法研究 .哈尔滨工程大学工学硕士学位论文 .2005 年 12 月 3刘海霞 .半潜式平台结构强度分析中的波浪载荷计算 J.中国海洋平台， 2003， 18(2)： 1-4 4张海彬 . FPSO 储油轮与半潜式平台波浪载荷三维计算方法研究 D哈尔滨工程大学 , 2004 5马网扣 , 林伍雄 , 孙松琦 , 张海彬 .
9、基于 PATRAN 环境的波浪载荷预报程序开发及应用 J. 上海造船 , 2007,(03) 6张海彬 , 沈志平 , 李小平 . 深水半潜式钻井平台波浪载荷预报与结构强度评估 J. 船舶 , 2007,(02) 7 唐卫军 .大型集装箱船三维波浪载荷计算 D. 武汉理工大学 ,2006 8顾永宁 ,滕晓青 ,戴立广 . 大开口型船舶波浪诱导载荷研究 J船舶工程 , 1998,(04) . 9秦洪德 . 船舶运动与波浪载荷计算的非线性方法研究 D哈尔滨工程大学 , 2003 . 10毛筱菲 .小水线面双体船在波浪中的运动响应预报 J.船海工程 , 2005,(04) 11周才伟 . 集装箱船大
10、型化发展探究 J. 中国水运 (理论版 ) , 2008,(01) 12 江建协 , 何炎平 , 王庆丰 . 30 万吨级 FPSO 波浪诱导载荷研究 J. 船舶工程 , 2006,(03) 13 白建伟 ,李润培 ,顾永宁 ,胡志强 . 集装箱船整船有限元结构分析 J. 船舶工程 , 2000,(05) . 14Rules for classification of ships newbuildings hull and e-quipmentmain class. 1998. 15Ohkusu M,Takaki M.On the motion of multihull ships in waves(II)R.Reports of the Research Insitute for Applied Me-chanics,1971,XIX,(62). 16Wahab R,Pritchett C,Ruth L C.On the behavior of the ASR catamaran in wavesJ.Marine Technology,1971,8(3).
