基于HCSR規(guī)范的超大型油船破損強度的校核

萬樂天

（中國船舶重工集團有限公司第七一〇研究所， 湖北 宜昌 443003）

引言

協(xié)調(diào)共同規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[1]HCSR是國際船級社協(xié)會在參考大量規(guī)范以及海損事故基礎(chǔ)上發(fā)布的船舶規(guī)范。船舶海上生命力的基本內(nèi)容之一便是依據(jù)船級社規(guī)范進行極限強度校核[2]，剩余極限強度為新加入校核內(nèi)容，危險航行下的船舶狀態(tài)分為碰撞和擱淺工況?；贖CSR規(guī)范，本文利用ABAQUS非線性有限元法計算了某型船破損剩余強度，依據(jù)規(guī)范進行了破損船體剩余承載能力校核。

1 不同國際規(guī)范船體破損程度

船體損傷程度計算分為概率預(yù)報方法和確定性規(guī)范方法，如圖1、圖2所示，以雙殼油船為例，分別比較了船體梁剖面在ABS和DNV規(guī)范的破損扣除程度。

圖1 ABS與DNV擱淺破損程度對比

圖2 ABS與DNV碰撞破損程度對比

可以看出，相比于ABS規(guī)范，DNV船級社在船體破損（擱淺和碰撞工況）扣除承載結(jié)構(gòu)均較ABS規(guī)范嚴(yán)格，雙層底在擱淺時完全穿透，而舷側(cè)碰撞時單側(cè)幾乎將承載面板及加強筋減除。

2 破損剩余強度的計算

計算極限強度時，船體梁載荷部分由靜水彎矩與波浪彎矩組成。新版的HCSR結(jié)構(gòu)共同規(guī)范計算最小靜水彎矩[3]：

中拱工況：

中垂工況：

計算垂向最小波浪彎矩時，fp及fm均取為1，fsw船長分布因子其沿船長分段線性分布。波浪彎矩計算，垂向破浪彎矩：

中拱工況：

中垂工況：

式中：fnl-vh、fnl-vs分別為中拱中垂非線性作用相關(guān)系數(shù)，其中波浪系數(shù)

合成總彎矩計算，按完整航行工況進行校核：

在碰撞與擱淺工況，按規(guī)范校核，船體梁剖面結(jié)構(gòu)承載極限彎矩滿足：

并且滿足：

船舶結(jié)構(gòu)剩余強度在不同工況下各相關(guān)系數(shù)定義及取值詳見參考文獻[4]。

3 破損強度的校核

3.1 破損范圍的計算

雙殼超大型油船剖面結(jié)構(gòu)如下頁圖3所示，材料屈服應(yīng)力為313.6 MPa，由ABS和DNV定義的破損工況，對比協(xié)調(diào)共同規(guī)范HCSR標(biāo)準(zhǔn)，計算結(jié)果如表1所示。

圖3 雙殼超大型油船剖面結(jié)構(gòu)（單位：mm）

表1 船體破損范圍 m

3.2 破損剩余強度的校核

利用ABAQUS進行結(jié)構(gòu)極限強度計算，采用非線性弧長法，破損后該雙殼油船剖面應(yīng)力分布云圖見圖 4、圖 5。

由圖4可知雙層底的外底中部產(chǎn)生較大應(yīng)力，板和加強筋局部屈曲失效且主要發(fā)生在擱淺扣除和舷側(cè)連接處；由圖5可知，雙殼油船雙舷側(cè)頂部板架屈曲失效，甲板產(chǎn)生變形較大，加強筋側(cè)傾，由碰撞后船體梁剖面結(jié)構(gòu)不對稱引起。

按HCSR結(jié)構(gòu)共同規(guī)范校核的外部彎矩和剩余極限強度見表2，可知船體梁的剩余極限強度均在擱淺碰撞安全系數(shù)以上，滿足設(shè)計強度要求。

圖4 擱淺工況

圖5 碰撞工況

表2 承載能力校核結(jié)果

4 結(jié)論

1）船體結(jié)構(gòu)破損在規(guī)范HCSR下安全性校核較為嚴(yán)格；

2）遭受外部載荷作用下的油船船體上甲板變形較大；

3）擱淺和碰撞破損情況下，該油船各工況下安全系數(shù)滿足規(guī)范強度要求。