薛 林

(廣船國(guó)際技術(shù)中心)

海北線客滾船波浪載荷直接計(jì)算方法

薛 林

(廣船國(guó)際技術(shù)中心)

本文以海北線客滾船為例，對(duì)其波浪載荷進(jìn)行直接計(jì)算。該船型深與寬度比值超過了規(guī)范要求值，按照船級(jí)社規(guī)范要求，對(duì)于尺度比超過規(guī)范許用值的船舶，用于強(qiáng)度分析的波浪載荷，需要按照要求進(jìn)行直接計(jì)算得到。

波浪載荷 直接計(jì)算

0 概述

依據(jù)CCS《國(guó)內(nèi)航行海船建造規(guī)范2014綜合文本》，對(duì)于具有以下一個(gè)或多個(gè)特征的船舶，應(yīng)采用直接計(jì)算法確定。L/B〈=5 B/D〉=2.5 L〉=500m Cb〈0.6

1 船舶主尺度

海北線客滾船主尺度為：Loa--129.4 m；Lpp--119 m；B-- 20.5 m；D--7.2 m；T--5.4 m；Cb--0.666；V--16.5 kn。

本船 B/D=20.5/7.2=2.85〉2.5,故本船波浪彎矩與剪力需采用直接計(jì)算確定。

2 波浪載荷計(jì)算

本計(jì)算采用CCS中國(guó)船級(jí)社船舶與海洋工程線性波浪載荷直接計(jì)算軟COMPASSWALCS-BASIC。該軟件為三維波浪載荷計(jì)算軟件，適用于三維無航速浮體及常規(guī)航速船舶的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)及波浪載荷計(jì)算。

2.1 坐標(biāo)系統(tǒng)

圖2 水動(dòng)力模型

COMPASS-WALCS-BASIC 采用如下坐標(biāo)系統(tǒng)：X 軸指向船艏；Y 軸指向右舷；Z 軸垂直向上。

2.2 船舶運(yùn)動(dòng)

COMPASS-WALCS-BASIC 中的船舶運(yùn)動(dòng)參考坐標(biāo)系為動(dòng)坐標(biāo)系，即原點(diǎn)在重心處，船舶六自由度運(yùn)動(dòng)和坐標(biāo)系見圖1。

圖1 船舶六自由度運(yùn)動(dòng)示意圖

2.3 水動(dòng)力模型

本船水動(dòng)力模型網(wǎng)格使用MSC-patran生成，將產(chǎn)生的.bdf文件導(dǎo)入COMPASS中，水動(dòng)力模型見圖2。

2.4 計(jì)算剖面

波浪載荷計(jì)算剖面見表1。

2.5 其他參數(shù)

水密度：1.025t/m3工作水深：100 m計(jì)算航速： 0 kn浪向角：起始角 0°，終止角180°，角度間隔15°；

波浪頻率：起始頻率0.1rad/s，終止頻率1.5rad/s，頻率間隔0.1rad/s；

首吃水：5.4m 尾吃水：5.4m;

采用臨界阻尼法，臨界阻尼系數(shù)取0.05；

3 剖面載荷結(jié)果

規(guī)則波中的各剖面垂向剪力與彎矩的響應(yīng)，見圖3-圖9。

4 剖面載荷長(zhǎng)期預(yù)報(bào)

4.1 波浪譜

波浪譜采用ISSC雙參數(shù)譜，波浪形式采用長(zhǎng)峰波，擴(kuò)散函數(shù)取為2/πcosΘ2；海浪統(tǒng)計(jì)資料采用西北太平洋海浪長(zhǎng)期分布，見表2。

表1 計(jì)算剖面位置

圖3 0°浪向角下彎矩與剪力響應(yīng)

圖4 30°浪向角下彎矩與剪力響應(yīng)

圖5 60°浪向角下彎矩與剪力響應(yīng)

圖6 90°浪向角下彎矩與剪力響應(yīng)

圖7 120°浪向角下彎矩與剪力響應(yīng)

圖8 150°浪向角下彎矩與剪力響應(yīng)

圖9 180°浪向角下彎矩與剪力響應(yīng)

表2 西北太平洋海浪長(zhǎng)期分布

4.2 環(huán)境概率參數(shù)

航速概率取1；

浪向概率：0度與180度浪向概率取

0.419 ，其他浪向的浪向概率取0.833,；超越概率取10-8；

4.3 剖面剪力預(yù)報(bào)結(jié)果，見圖10

圖10 剖面剪力長(zhǎng)期預(yù)報(bào)

4.4 剖面彎矩預(yù)報(bào)結(jié)果，見圖11

4.5 剖面載荷非線性修正

4.5.1 波浪彎矩修正

fnl-h=0.914

fnl-s=1.086

M w(+)=M f Nl-h*M wcal=3.42*105*0.914=3.12*105 KN*m

M w(-)=M f Nl-s*M wcal=3.42*105*1.086=3.71*105 KN*m

計(jì)算得到的波浪彎矩分布曲線（含規(guī)范值）見圖12。

4.5.2 波浪剪力修正

Fwv,max=11336.96 KNFw(+)=Fnl,1*Fwv,max Fw(-)=Fnl,2*Fwv,max計(jì)算得到的波浪剪力分布曲線（含規(guī)范值）見圖13。

圖11 剖面彎矩長(zhǎng)期預(yù)報(bào)

圖12 波浪彎矩分布

圖13 波浪剪力分布

5 結(jié)束語(yǔ)

本船直接計(jì)算所得波浪垂向彎矩小于規(guī)范要求的最小值，進(jìn)行船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析時(shí)，設(shè)計(jì)垂向波浪彎矩采用規(guī)范要求值；本船直接計(jì)算所得波浪垂向剪力大于規(guī)范要求的最小值，進(jìn)行船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析時(shí)，設(shè)計(jì)垂向波浪剪力采用直接計(jì)算所得值；直接計(jì)算所得的波浪載荷，注意對(duì)波浪載荷進(jìn)行非線性修正。

[1] 戴仰山，沈進(jìn)威，宋競(jìng)正.船舶波浪載荷. 北京.國(guó)防工業(yè)出版社.2007

[2] 中國(guó)船級(jí)社.中國(guó)船級(jí)社船舶與海洋工程線性波浪載荷直接計(jì)算軟件使用手冊(cè).北京.2013

10.3969/j.issn.2095-4506.2016.04.011

2016-6-14）

薛 林（1985--），男，工程師，船體結(jié)構(gòu)研發(fā)。