一種考慮砰擊載荷的雙體船濕甲板

1、1一種考慮砰擊載荷的雙體船濕甲板一種考慮砰擊載荷的雙體船濕甲板疲勞強(qiáng)度的計(jì)算方法疲勞強(qiáng)度的計(jì)算方法李哲ab，任慧龍ab，鄧保利ab，張浩輝ab，董傳瑞ab（哈爾濱工程大學(xué)，a.船舶工程學(xué)院；b.多體船技術(shù)國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱150001）摘要：要：提出一種實(shí)用的計(jì)算和分析方法來(lái)考慮砰擊載荷對(duì)雙體船濕甲板處結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的影響，保證疲勞壽命預(yù)報(bào)的精度。首先，根據(jù)線性理論計(jì)算船體與波浪之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)速度，并計(jì)算船體結(jié)構(gòu)在波浪載荷作

2、用下的應(yīng)力響應(yīng)；然后，計(jì)算濕甲板在砰擊載荷作用下的非線性響應(yīng)，再將線性響應(yīng)與非線性響應(yīng)通過(guò)方向性進(jìn)行疊加，得到波浪載荷與砰擊載荷聯(lián)合作用的應(yīng)力響應(yīng)時(shí)歷；最后，通過(guò)雨流計(jì)數(shù)法計(jì)算雙體船在危險(xiǎn)工況下的濕甲板疲勞損傷。研究結(jié)果可為考慮砰擊載荷的雙體船濕甲板疲勞強(qiáng)度評(píng)估提供一些參考。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：砰擊載荷；雙體船；濕甲板；疲勞強(qiáng)度中圖分類號(hào)：中圖分類號(hào)：U661.43文獻(xiàn)標(biāo)志碼：文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A【DOI】10.13788ki.cbgc.2017

3、.07.001AMethodfFatigueEvaluationofCatamaranWetDeckwiththeInfluenceofSlammingLIZheabRENHuilongabDENGBaoliabZHANGHaohuiabDONGChuanruiab(HarbinEngineeringUniversitya.CollegeofShipbuildingEngineeringb.MultihullShipTechnology

4、KeyLabatyofFundamentalSciencefNationalDefenseHarbin150001China)Abstract:Inthispaperapracticalmethodfcalculatinganalyzingispresentedtoconsidertheeffectofslammingonthefatiguestrengthofthecatamaranwetdecktoensurethatthefati

5、guelifeofthestructureisclosertothetruevalue.Accdingtothelineartheytherelativemotionrelativespeedofthehullinwavethestressresponseofthewaveloadonthestructurearecalculatedfirstly.Thenthestressresponseofthenonlinearoutshells

6、lammingfceiscalculated.Thelinearresponsenonlinearresponsearecombined.thestressresponsetimehistyunderthecombinedactionofslammingwaveloadareobtained.Finallythefatiguedamageofthestructureunderdangerousoperatingconditionsisc

7、alculatedbytherainflowcountingmethod.thecontributionvalueoftheslammingloadtothestructuraldamagedegreeiscalculated.Thepaperwillputfwardsomereferencesuggestionsffatiguestudycalculationevaluationofcatamaranwetdeckwiththeinf

8、luenceofslamming.Keywds:slammingcatamaranwetdeckfatigue0引言引言在傳統(tǒng)的船體結(jié)構(gòu)評(píng)估中，僅考慮波浪載荷，而對(duì)于一些特殊的船型，通常會(huì)有其他形式的載荷出現(xiàn)，此時(shí)使用傳統(tǒng)的評(píng)估手段不僅會(huì)高估結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，而且會(huì)降低船舶的安全系數(shù)。對(duì)于雙體船來(lái)講，在濕甲板處出現(xiàn)的砰擊載荷將會(huì)大大增加引起疲勞損傷的應(yīng)力范圍，因此，充分考慮濕甲板所受到的載荷成分以及準(zhǔn)確預(yù)報(bào)其疲勞壽命在船體結(jié)構(gòu)實(shí)際設(shè)計(jì)、生

9、產(chǎn)的過(guò)程中具有重要的指導(dǎo)意義。目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)展了許多關(guān)于砰擊載荷的計(jì)算及其對(duì)船體結(jié)構(gòu)的響應(yīng)的研究。MANSOUR等[1]基于隨機(jī)理論，研究了船體結(jié)構(gòu)的砰擊現(xiàn)象；戴仰山等[2]討論了底部砰擊對(duì)船體總縱強(qiáng)度的影響；THOMAS等[3]研究了一艘高速穿浪雙體船的砰擊響應(yīng)，并提出了一種砰擊響應(yīng)的計(jì)算方法。雙體船濕甲板的砰擊模式屬于平板砰擊模式。陳震等[4]關(guān)于平底結(jié)構(gòu)的砰擊問(wèn)題做了大量研究，并通過(guò)3可通過(guò)二維或三維勢(shì)流理論求得。1.1.2船

10、體與波浪之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)歷船體與波浪之間的相對(duì)位移可以表示為r=Z－xθ－ζx（6）引用公式（1）（4）（5），船體與波浪之間的相對(duì)位移可以表示為（7）????zez2azez2ecoscoscoskkkkkkkkkkkkkktrxtgtxg???????????????????????????????????????????????????此外，相對(duì)速度可以表示為相對(duì)位移對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)。因此，船體與波浪之間的相對(duì)位移可以表示為（8）xr

11、Zx?????AAAA（9）????zez2zezae2esinsinsinkkkkkkkkkkkkkkktxtrgtxg???????????????????????????????????????????????????A1.2砰擊發(fā)生條件砰擊發(fā)生條件濕甲板處并不時(shí)常發(fā)生砰擊，它需要滿足一些條件，而最明顯的條件是波浪與船體之間的接觸。此外，如果垂向相對(duì)速度沒(méi)有達(dá)到閾值，平板結(jié)構(gòu)并不會(huì)產(chǎn)生砰擊壓力。1.2.1相對(duì)位移條件假設(shè)濕甲板與水

12、面的高度差為h，相對(duì)位移條件可以表示為（10）z0xrrhZxh?????????等價(jià)的表達(dá)形式為（11）????????????????????z11111z00iiiixiiiiixirtrthZtxtthrtrthZtxtth????????????????????????????式中：ti1為砰擊發(fā)生時(shí)的前一時(shí)刻；ti為砰擊發(fā)生的時(shí)刻。1.2.2相對(duì)速度條件參考OCHI[10]的研究成果，對(duì)于158.5m的船，建議臨界速度取3.

13、66ms；對(duì)于其他船舶，按傅汝德定律換算，即（11）0.093rgL?A1.3砰擊壓力的時(shí)空分布與峰值特性砰擊壓力的時(shí)空分布與峰值特性文獻(xiàn)[11]考慮空氣層影響平底結(jié)構(gòu)入水過(guò)程，砰擊壓力沿橫向分布時(shí)是不均勻的。平底結(jié)構(gòu)中心處的壓力最大，并向邊緣逐漸減小。采用三次多項(xiàng)式擬合砰擊壓力橫向分布為：kpy(y)=1.00.6412y3－1.048y2－0.1362y（12）式中：kpy(y)為y處壓力與平底結(jié)構(gòu)中心處砰擊壓力的比值；y為平底結(jié)構(gòu)