意外损坏船舶的总纵强度外文翻译资料

 2022-09-08 13:14:31

英语原文共 20 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

意外损坏船舶的总纵强度

摘要

本文介绍的是对发生搁浅或碰撞事故的船舶总纵强度的调查，并推导出了船体梁剩余强度的解析方程，然后通过普遍事故中的试验组商船的直接计算来验证它。本文用推出的相关方程对这些试验组商船进行船体梁极限强度计算，其中包括了中拱和中垂两种状态。得出在评估搁浅船舶时，使用甲板剖面模数比较危险，而使用船底剖面模数比较保守。相反而言，在评估发生碰撞船舶时，使用甲板剖面模数比较保守，而使用船底剖面模数就比较危险。把推导出来的解析公式运用到67艘现役的试验组商品船中，其中包括21艘双壳体油船，18艘散货船、22艘单壳油船和6艘集装箱船，就获得了新解析公式中的平均值、标准差和可变系数。从中可以发现由于它们比较接近平均值因此当船长从150m变到400m时对这些系数都没有太大影响，但是船的种类会对剩余强度有一定影响因此推导出一个与主尺度无关的统一公式。这些公式是一个简便的工具，它们可以在没有每一步详细计算的前提下，在短时间内，预测出剩余强度。显而易见，这使这些公式在紧急救助中存在明显优势，有助于让人们做出及时的决策来保护破损船舶和防止造成污染。

2002 Elsevier Science Ltd拥有版权。

1.引言

传统意义上来说，船舶应该被设计成能抵抗航行过程中可能遇到的所有荷载情况。而结构设计的目的是为了保证船舶在正常操作情况下，船舶结构的完整性。通常我们把最危险的荷载组合选为设计荷载。

设计船舶时通过关注分舱来保护船舶及其所装载的货物在事故中免受损失是非常重要的一件事。而国内外的标准（Load Line,MARPOL， SOLAS， Classification Societiesrsquo; Rules）已经对水密舱壁和分舱制定了相关要求。但在碰撞、搁浅和内部以外事故中的结构强度却少有关注。

不过每一次货物、人员和船舶在海上发生的事故以及船舶破损导致的石油污染都提高了公众对此的关注度。这促进了突发载荷、设计方法和相关分析方法的发展，特别是船舶碰撞和搁浅情况。

一艘船在发生意外事故后，由于不足的总纵强度可能会发生崩溃。然而对事故船舶的总纵强度却少有分析，虽然已经出版了一些关于损坏船体剩余强度[1,2]的论文，但是这一领域还未被深入探索。

因此本文报告了对发生碰撞和搁浅的破损船体梁总纵强度的调查，并且对船体梁剖面模数和船体梁极限强度都进行了计算。我们的目的就是为了获得评估船体梁剩余强度的简单关系式，而这些公式可能会被当成简单而可靠的工具，用在突发事件中帮助人们做出紧急的决策。在理论分析和推导解析公式时，为了预测损坏船舶的剩余强度，我们对这些经典设计的67艘商船进行了分析，获得了简单的公式。而这67艘船中有21艘双壳油船、18艘散货船、22艘单壳油船和6艘集装箱船，而且它们都是失去部分的舷侧板或船底板。

2.假设和分析的方法

2.1.船体梁的剖面模数

实践已经证明，简单梁理论是可以分析船体梁的弯曲性状，并且许多实验已经证明了，船的弯曲现象很符合梁理论。其中船体梁剖面模数表征了主船体的抗弯能力。因此在船舶初步设计时，计算船中剖面模数是非常重要的。而在计算剖面模数时，需要把那些纵向连续构件考虑进去，因为只有这些有效参与拉伸和压缩的构件才能被假设成船体梁的一部分。 而在算甲板剖面模数或船底剖面模数时，只需分别求出惯性矩以及中和轴到甲板边线或基线的距离。

2.2.船体梁极限强度

船体梁剖面模数只能表示出初始的屈服和屈曲，而屈服和屈曲状态通常没有达到船体能承受的最大弯曲状态。在接近船体梁极限强度的过程中板和纵桁可能经历弹性变形、塑性变形、后屈曲、失稳甚至断裂等过程。

所谓的船体梁极限强度对应的就是超越最大弯曲的能力，即船会因广义的屈服和屈曲而断裂。

随着对船体梁和船体构件性状的不断深入了解，出现了各种方法来预测船体梁极限强度。其中ISSC 2000 Special Task Committee VI.2是讨论预测船体梁极限强度最先进技术的委员会。该委员会进行了广泛的基准运算，还对这些方法中的不确定因素进行了评估。

在所有的方法中（封闭式公式，简化分析法、非线性有限元仿真），简化分析法最受分析家们喜爱。它不仅节约了建模时间，而且它通常能为制造中出现的问题做出合理的解释并提供可靠的结果。因此当进行大多数船体梁极限强度计算时，大多数的相关研究都把简化分析法当成首选。

2.3损坏程度

每次的事故都是不一样的，因此造成的损坏也是不同的。事故发生后，需要很多数据来描述船舶受到的损坏。然而光一个综合性的简单描述就得填满好几页纸，甚至更多。而且并不是所有数据都对船体梁计算是有用的。为了方便起见，本文采用了USES的定义这样可以方便计算，但仍保留了意外损坏的主要特征。

对于搁浅，就假设损失了船底板和底部纵桁，而不是假设整个船体梁受损。同时本文探讨了超过80%船宽的大范围底部损失，来模拟严重的搁浅损坏。

对于碰撞，就假设损失了一边的舷侧外板及其上面的纵骨。损害是从甲板向下延伸。而在事故后，其受损一边的甲板边板和纵舱壁则假设为是完整的。但对于5%到40%深度的大范围舷侧外板损失，就得把上述的甲板边板和纵舱壁的损害考虑进去。

以上的假定只需用一个参数来描述损坏，是可以避免引入多余参数，有助于简化对损坏程度的定义，而关键点在于第一个水淹的船壳板。那些与损坏船壳相连的，在假设中没有被考虑的结构，可以通过模糊处理，把它们等效为一定厚度的船壳板。

这里还存在其他关于损坏程度的假设，在ABS评估船体剩余强度指南中，搁浅的损坏包括一定深度下与损坏船壳相连的船底纵桁。而碰撞的损坏则包括指定范围内与破损船壳外板相连甲板边板和斜形舱壁板。Paik等人根据ABS规范定义的碰撞损坏和搁浅损坏，并通过分析0.8到1.2倍ABS指南规定区域的损坏来进行敏感性研究。Wang等人分析了大范围内的船底损坏，包含了小范围到大范围的损坏，同时他们也研究那些船底板和底部纵桁都受损的情况。

2.4介绍结果

有两种方法可以表示船体的总纵强度：船体梁剖面模数和船体极限梁强度。通过无量纲的形式对甲板和船底剖面模数以及中拱和中垂情况下的船体极限梁强度进行计算。然后把破损和完整状况下的所有数值进行比较。以船宽的百分比来表示船底损坏，以船深的百分比来表达舷侧损坏。由于同样的分析在船中剖面比较容易计算所以本文的研究主要关注典型商船船中剖面而不对船中前的剖面进行分析。

3.残余剖面模数的简单公式

图3.1是横剖面的草图，只描绘了几何特征，缺少许多细节。这横剖面可能是一艘双壳油船、一艘散货船、一艘集装箱、一艘单壳油船或任何船舶的。这阴影区域是假设的由碰撞或搁浅事故造成的损坏。

对于一个完整的船，其横剖面面积、中和轴到基线的距离、中和轴到甲板边线的距离、惯性矩和剖面模数分别是A、z 0 、z 1 、I and (SM)0。甲板剖面和船底剖面模数分别是(SMDK)0 和 (SMbtm)0，它们被该行业用来表示船体梁强度。

图3.1横剖面草图

△A是结构损失的横剖面面积，它的中心到船体梁中和轴的距离是C，当破损区域△A在中和轴上面时，C是正值。中和轴位置的改变量△z 0如下：

(1)

其中：

(2)

当中和轴远离损失区域时，其破损船体的惯性矩将变成：

(3)

把Eq. (1)带入Eq. (2)得到：

(4)

位于中和轴以上的剖面模数将变成：

(5)

把Eq. (1)带入Eq. (3)，然后用I/z取代（SM）0则上式将变为：

(6)

通过忽略高阶无穷小的r值，可以得到位于中和轴以上的无量纲剖面模数表达式：

(7)

同理可得位于中和轴以下的公式：

(8)

以上1到8号公式可以用于横剖面有一处损失的大部分情况。

3.1搁浅

从图3.1可以看出B表示的是横向的损坏程度，对于本文所讨论的搁浅损坏，△A的中心几乎是在基线上的，因此c可以取代（-z0）。

在Eq. (7)中用z1来取代z，对于搁浅船的无量纲甲板剖面模数则如下：

(9)

其中(SM dk) 0表示损坏船舶的甲板剖面模数。

在Eq. (8)中用z0取代z，对于搁浅船的无量纲船底剖面模数则如下：

(10)

其中：(SM btm) 0表示损坏船舶的船底剖面模数。

△A/A可以被分解成两部分，一个是△A/A btm，表示损失面积和船底部面积的比值，令一个是A btm /A，表示船底面积和整个横剖面面积的比值。在很多情况下，再给出的横剖面中其船底板和船底纵桁是一样的材料。因此我们大概可以把△A/A btm近似成损坏面积和船宽的比值即b/B(图3.1).因此可以导出下面的关系式：

(11)

把Eq. (11)带入Eq. (9)，可以得到搁浅船舶甲板剖面模数的无量纲表达式：

(12)

其中：

(12a)

(12b)

(12c)

把Eq. (10)带入Eq. (9)，也可以得到相似的搁浅船舶的船底剖面模数的无量纲表达式：

(13)

其中：

(13a)

3.2碰撞

如上述所说：我们假设破坏是从甲板的一侧开始的，其中损坏的部位包括舷侧外板和舷侧纵桁但不包括与破坏区域相连的甲板和纵舱壁。从图3.1可以看出碰撞垂直损坏程度△A用b来表示，而在接下来的推导中用(z1-0.5b)大概表示c：

(14)

总的来说，不同高度的舷侧外板和舷侧纵桁的厚度是不一样的；因此△A的中心不一定等于0.5b。然而为了简便的推导，仍假设这两个的中心是一样的。这样，降低一点精确度就能得到一个简单的公式。

由于上述原因，相似的公式Eq. (11)就不再这么简便，但通过假定仍可采用以下公式：

(15)

把Eqs. (14)（15）带入Eq. (7)中就可以得到碰撞船舶的无量纲甲板剖面模数。

(16)

其中：

(16a)

(16b)

(16c)

把Eqs. (14)（15）带入Eq. (8)中就可以得到碰撞船舶的无量纲船底剖面模数。

(17)

其

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[146228]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章