船舶结构力学（共11篇）
船舶结构力学 篇1
1909年Н.Γ.布勃诺夫在俄罗斯彼得堡工业学院开设船舶结构力学课程,1912年和1914年И.Г.布勃诺夫的两卷本船舶结构力学专著相继出版.这些活动,标志着一门新兴学科——船舶结构力学的诞生.从1909年到2009年整整100年.为纪念船舶结构力学学科创建100周年,作者撰写本文,介绍船舶结构力学创建的时代背景,简介船舶结构力学学科创建人И.Г.布勃诺夫、Π.Φ.帕普科维奇和Ю.А.希曼斯基的生平,介绍他们在船舶结构力学领域的主要著作,记述他们在创建船舶结构力学学科中各自作出的贡献.
1 船舶结构力学学科创建的时代背景
船舶是历史悠久的交通工具,自有人类活动,便有原始的船——独木舟.随着人类文明进步,逐渐发展为木板船、帆船,直到可以在海洋航行的大型风帆船,尽管经历几千年的发展,但用木材造船却没有改变.木船的建造,凭工匠的经验,经验代代相传,没有形成理论.到19世纪后期,钢材取代木材成为建造海船的材料.钢材的应用,使船舶的主尺度不断增大,波浪诱导载荷因此大大增加.为提高船体抵抗波浪载荷的能力,必须增大船体构件的尺寸,但构件尺寸究竟增大多少才适度,却没有估算的方法.尺寸增大过度,会增大船体结构的自重,降低船舶的有效装载能力.因此,寻求船体强度与结构自重之间的平衡点,成为船舶建造亟需解决的课题.应用过去木船建造的经验是不能解决这个课题的,需要建立新的学科、提出新的方法,需要一门类似于当时计算桥梁结构的“结构力学”,才能解决这个课题,这对于军用舰船尤为重要、迫切.这个课题,受到俄罗斯海军一位年青的造船工程师И.Γ.布勃诺夫的高度关注.他参加过军舰设计建造,参加过船模试验池的研究工作、从事过高校教学工作.经过长期实践和潜心研究,И.Г.布勃诺夫于1909年在彼得堡工业学院开设《船舶结构力学》课程;1912年和1914年先后出版两本专著——《船舶结构力学》第Ⅰ部和第Ⅱ部.这些活动,标志着船舶结构力学这一新的学科的诞生,这是一门计算船体结构强度的新学科.不幸的是,И.Г.布勃诺夫英年早逝,1919年去世时年仅47岁.布勃诺夫创建新学科的工作,不得不由他的两位杰出的学生Π.Ф.帕普科维奇和Ю.А.希曼斯基继承下来.经过师生两代人约半个世纪的辛勤耕耘,到20世纪50年代,船舶结构力学建成为一门具有自身的学科体系、理论严谨、内容充实、应用性强的技术科学,有力地支撑了船舶结构设计,促进了造船科学技术的发展.
2 И.Г.布勃诺夫(1872～1919)—船舶结构力学的创建者、奠基人
И.Г.布勃诺夫1887年进入喀琅施塔得“海军技术学校”(后称为“海军工程学校”*)机械系,1888年转入该校造船系,1891年毕业.为进一步深造,И.Г.布勃诺夫进入“海军学院”*造船系,1896年以优等成绩毕业,留学院任教.20世纪初他和著名的数学家、力学家、造船专家А.Н.克雷洛夫一起组建彼得堡工业学院造船系,1904年起,И.Г.布勃诺夫在该院任教,1909年任教授.И.Г.布勃诺夫于1910年任海军学院教授.他在海军学院和在彼得堡工业学院任教都一直工作到1919年他去世.他一生除从事教学工作外,还长期从事舰船设计建造工作.在他的领导下,曾对1910～1914年建造完成的一艘“塞瓦斯托波尔”型战舰进行了完整的强度计算,这在世界上是第一次[1],这艘战舰服役后曾经历多次战争的考验.他还设计建造了俄罗斯潜艇“海豚号”(1902年)和“雪豹号”(1912年),并对艇体强度进行了计算,他被认为是世界上设计计算作战潜艇的第一人[1].И.Г.布勃诺夫于1900年起参加俄罗斯船模试验水池的工作,1908年任试验水池主任,直到1914年.
1909年,И.Г.布勃诺夫在彼得堡工业学院造船系开设《船舶结构力学》课程,这是世界上第一次在高等学校讲授《船舶结构力学》,И.Г.布勃诺夫是经过长期的、充分的准备才开设这一新课程,有人说,布勃诺夫自1896年开始任教即为开设这一过去未曾有过的新课程着手准备.彼得堡工业学院将И.Г.布勃诺夫讲课的讲义石印出版.1912年和1914年,Н.Г.布勃诺夫先后出版了《船舶结构力学》第Ⅰ部和第Ⅱ部两本专著,这是国际学术领域前所未有的专著.И.Г.布勃诺夫开设《船舶结构力学》课程和专著的出版,标志着船舶结构力学这门新学科的创立.Н.Γ.布勃诺夫在专著的前言中写道,《船舶结构力学》的任务是“展示结构力学中与计算船体结构相关的那个分支,并指出它的应用——用来确定各种船体结构必要的尺寸以保证船体强度[2]”.在这里,И.Г.布勃诺夫指出:①船舶结构力学是结构力学的一个(新的)分支;②船舶结构力学的内容包括基本理论部分(与结构力学其他分支有共性)和工程应用部分(计算船体结构强度).《船舶结构力学》第Ⅰ部和第Ⅱ部共25章,包括①静定梁和超静定梁的横向弯曲(§§1-9和13-14),②直梁和微曲梁的纵-横弯曲与稳定性(§§10-12),③平面杆系的弯曲与稳定性(§§12,15-18),④刚性板的弯曲与稳定性(§§19-22),⑤柔性板的弯曲(§§23-25)[2].可以看出,这两部专著的内容是《船舶结构力学》的基本理论,未涉及船体强度(船体总强度和局部结构强度)的内容.И.Г.布勃诺夫开始著述《船舶结构力学》时,计划是3部,第Ⅰ部和第Ⅱ部即1912和1914出版的专著,第Ⅲ部是“船体强度”(船体总强度和局部结构强度),有人称它为“狭义的船舶结构力学”.但1914年第Ⅱ部出版后,爆发了第一次世界大战,俄罗斯也陷入战争,第Ⅲ部的著述工作,И.Г.布勃诺夫未能进行,1919年И.Г.布勃诺夫逝世,所以他生前只出版第Ⅰ和第Ⅱ两部专著.所幸1909年彼得堡工业学院曾石印出版了他的一本《船舶结构力学补充教程》讲义,该书有19章,包括①许用应力(§§1-4),②船体总强度(§§5-9)③船体底部、舱壁、甲板构架的强度(§§10-14)④船体板的强度(§§15-17)⑤铆钉连接强度(§§18-19).这本《补充教程》的内容,应当是И.Г.布勃诺夫生前没有来得及编著出版的《船舶结构力学》第Ⅲ部的内容.《补充教程》后来收入1956年出版的《И.Г.布勃诺夫选集》.《选集》为16开本,《补充教程》占116页.
И.Г.布勃诺夫英年早逝,1919年去世时年仅47岁.《船舶结构力学》第Ⅰ部、第Ⅱ部及《补充教程》为建立《船舶结构力学》这一新学科打下了基础——规定了学科的名称、任务,构建了学科体系的框架、展示了它的基本内容.船舶制造传统上是靠经验,对于船舶(尤其是军用船舶)这样大型、结构复杂的运载工具,要使人们从传统的经验中走出来接受《船舶结构力学》理论和计算方法,仅靠这3本专著是不够的,需要在《船舶结构力学》领域做更多的更深入的工作.好在И.Г.布勃诺夫培养了大批优秀学生,其中最突出的是Π.Ф.帕普科维奇和Ю.А.希曼斯基,他们继承И.Г.布勃诺夫的工作,在老师所开创的领域里做了大量出色的、卓有成效的工作.
3 Π.Φ.帕普科维奇(1887～1946)—集《船舶结构力学》基本理论之大成
Π.Φ.帕普科维奇1911年毕业于彼得堡工业学院造船系,获工程师学位.在学院学习期间,师从И.Г.布勃诺夫学习《弹性力学》和全部《船舶结构力学》课程,并师从А.H.克雷洛夫学习《船舶振动》课程.Π.Φ.帕普科维奇对这些课程表现出极大的兴趣,钻研很深.从学院毕业后,在俄罗斯海军服务,长时间在造船厂,船舶设计和科研机构工作,曾参加塞瓦斯托波尔型战舰的建造.1916年起在彼得堡工业学院造船系任教,1918年～1946年在该学院讲授《船舶结构力学》全部课程,以及《弹性力学》和《船舶振动》课程.1920年～1946年,Π.Φ.帕普科维奇开始在海军学院任教,担任该学院船舶结构力学教研室主任.1930年Π.Φ.帕普科维奇参与组建列宁格勒造船学院,并担任该学院船舶结构力学教研室主任、教授.1933年Π.Φ.帕普科维奇被选为苏联科学院通讯院士.1935年获技术科学博士学位.是海军少将工程师.从20世纪30年代末到40年代,他在《船舶结构力学》方面的专著陆续出版,主要有[3]:《弹性力学》(1939),《船舶结构力学》第Ⅱ部(1941),《船舶结构力学》第Ⅰ部,卷1 (1945),《船舶结构力学》第Ⅰ部,卷2 (1947).令人惋惜的是Π.Φ.帕普科维奇1946年去世,他未能看到自己的专著《船舶结构力学》第Ⅰ部卷2的出版.
《船舶结构力学》第Ⅰ部(卷1,卷2)包括杆和杆系(梁、刚架、平面板架)的弯曲.第Ⅰ部中有应用“弹性基础梁”理论解园柱形薄壳,以及肋骨园环的强度等内容,这些内容是潜艇强度的基础.《船舶结构力学》第Ⅱ部包括柔性杆和杆系的稳定性,板的弯曲和稳定性[3].Π.Ф.帕普科维奇是天才的理论家,他的3本《船舶结构力学》专著,全面、系统阐述《船舶结构力学》的基本理论,内容丰富,理论严谨,解析精辟,可谓集《船舶结构力学》基本理论之大成.每一本专著都厚达50～60印张(16开本,800页～1000页),堪称皇皇巨著.Π.Ф.帕普科维奇《船舶结构力学》专著的出版获得造船界的普遍赞誉.该专著于1946年获苏联国家奖(斯大林奖金一等奖).该专著不仅是《船舶结构力学》基本理论的巨著,对结构力学的其他分支(如飞机结构力学)也有重要的理论和应用价值.遗憾的是Π.Φ.帕普科维奇生前没有来得及写出《船舶结构力学》的工程应用方面的专著,即一般称为《船舶结构力学》“专门部分”的专著.所幸Π.Φ.帕普科维奇生前发表了130多篇学术论文,广泛讨论《船舶结构力学》的专门问题,他的学生将论文整理,编辑出版了两本论文集:《Π.Φ.帕普科维奇船舶强度论文集》(1956),《Π.Φ.帕普科维奇船舶振动论文集》(1960).这两本论文集反映了Π.Ф.帕普科维奇对船舶结构力学专门问题的贡献,是他编写的船舶结构力学专著的有力补充.
4 Ю.А.希曼斯基(1883～1962)——使船舶结构力学的工程应用丰富多彩
Ю.А.希曼斯基1905年毕业于海军工程学校,毕业后从事造船工作,曾参与“奥查科夫号”(Очаков)巡洋舰的建造.后入海军学院深造,于1910年毕业.他先后在波罗的海造船厂和北方造船厂从事军用舰船设计建造工作.曾参与建造《彼得罗巴夫洛夫》号巡洋舰和《塞瓦斯托波尔》型战列舰.1910～1912年在俄罗斯海军工程学校任教.1920～1934年在海军学院任教.1945～1950年在列宁格勒造船学院任教,主持船舶结构力学教研室工作.1925～1962年,Ю.А.希曼斯基在船舶工业科学研究院工作,这是他一生的主要工作岗位.1953年当选为苏联科学院院士.
Ю.А.希曼斯基对船舶结构力学的贡献卓著,尤其是船舶结构力学的工程应用.他在船舶结构力学领域的主要著作有[4].
《造船工程师手册》(与他人合作)(1916),《甲板炮装置下加强结构计算》(1932),《板的弯曲》(1934),《造船手册》(1934)(卷2,卷3——船舶结构力学),《入坞及下水的船体强度计算》(1946),《潜艇结构力学》(1948),《船体间断构件的设计》(1948),《船舶结构动力计算》(1949),《造船论文集》(1954),《滑行艇强度计算》(有中译本,军事工程学院出版,1957),《船舶结构力学手册》(卷1,卷2,1958;卷3,1960).
这些专著表明:Ю.А.希曼斯基的工作着力于船舶结构力学的工程应用——应用船舶结构力学基本理论解决船结构强度问题.他既研究像潜艇、滑行艇这样有特殊性能、特殊用途和特殊结构的舰船的强度计算,也研究船舶在设计、建造中一些专门的强度问题,如甲板炮装置下的加强结构、入坞和下水、间断构件设计等的强度问题.特别是他将研究领域由船舶结构静力学拓展到船舶结构动力计算,探讨冲击载荷作用下(如水下爆炸,炮弹冲击等)船舶结构的动力强度问题,给船舶结构力学开拓了新的研究领域.这些专著,都是前所未有的,是Ю.А.希曼斯基对这些问题从事开创性研究所取得的成果.他处理船舶结构力学问题有自己的风格——力求用尽可能简单的数学工具来处理船舶结构强度问题,使得出的计算方法、公式简单、实用,能方便地应用于船舶结构设计计算.正是由于Ю.А.希曼斯基的卓越贡献,使船舶结构力学的工程应用(《船舶结构力学》“专门部分”)丰富多彩.《船舶结构动力计算》一书曾获苏联国家奖(斯大林奖金一等奖).1958～1960年出版的3卷本《船舶结构力学手册》,将当时船舶结构力学取得的关于计算各种类型船舶结构强度的方法和公式汇集起来,以《手册》的形式出版,极大地方便船舶设计建造人员查阅、应用.这也标志着船舶结构力学这一新学科的建成.以Ю.А.希曼斯基的成就和声望,他是当时编著《船舶结构力学手册》最适当的人选.
5 结束语
И.Γ.布勃诺夫创建了船舶结构力学这一新学科,规定了它的任务,界定了它的范围,搭建了它的学科体系框架,展示了它的基本内容,奉献了这个学科的第一套专著,为建立船舶结构力学这一新学科打下了基础.Π.Φ.帕普科维奇是天才的理论家,他奉献的《船舶结构力学》专著,堪称皇皇巨著,集船舶结构力学基本理论之大成,使这一新学科建立在充实的、严谨的、深厚的理论基础上.Ю.А.希曼斯基创造性地开拓船舶结构力学的工程应用,成功地解决了船体结构强度的多方面的问题,使船舶结构力学“专门部分”丰富多彩.经过师生两代人半个世纪的探索、实践,一门有自身的学科体系(图4)、理论严谨、内容充实、工程应用性强、为船舶结构设计提供理论分析和计算方法的新的独立的技术科学——船舶结构力学建立起来,并从前苏联走向世界,为国际造船业界广泛接受,并应用于各类船舶结构设计.1958年和1960年,美国海军研究机构先后主办第一届和第二届“船舶结构力学讨论会”,两次讨论会的主题报告的报告人,都是美国海军部船舶局的专家;1961年“国际船舶结构会议”(ISSC)成立,ISSC每3年一次大会,船舶结构力学的进展是大会交流的主要内容.这些都说明这一新的学科走向世界.
船舶是人类建造的最庞大、最复杂的钢结构物,受到最复杂多变的环境载荷的作用,船舶结构设计计算无疑是当代最复杂的工程结构设计计算.船舶结构力学学科的建立,给船舶结构设计以有力的理论指导和计算方法的支持,使得船舶设计制造在20世纪下半叶迅速发展.而船舶设计制造的迅速发展,反过来又不断向船舶结构力学提出新的、复杂的课题,促使船舶结构力学进一步发展.
谨向船舶结构力学学科创建人表示深深的敬意!
参考文献
[1]海军机械学校舰船结构力学教研室.舰船结构力学.大连;海军机械学校,1954
[2]#12
[3]#12
[4]#12
船舶结构力学 篇2
一、非计算题部分：
填空、判断、选择及简答涉及知识点：
1、作用在船体结构上的载荷，按载荷随时间变化的性质，可分为：不变载荷、静变载荷、动变载荷、冲击载荷。
2、船舶重量曲线的绘制方法：梯形法、围长法、库尔求莫夫法。
3、静力等效原则：
（1）保持重量的大小不变，这就是说要使近似分布曲线所围的面积等于该项实际重量；
（2）保持重量重心的纵向坐标不变，即要使近似分布曲线所围的面积形心纵坐标与该项重量的重心纵坐标相等；
（3）近似分布曲线的范围与该项重量的实际分布范围相同或大体相同。
最终，应使重量曲线所围的面积等于全船的重量，该面积的形心纵向坐标与船舶重心的纵向坐标相同。
4、静波浪弯矩与剪力的计算：
船舶由静水进入波浪时，重量曲线p(x)并未改变，但水线面发生了变化，从而导致浮力的重新分布。波浪下浮力曲线相对静水状态的浮力增量是引起静波浪剪力和弯矩的载荷。由此可知，静波浪弯矩与船型、波浪要素（波形、波长和波高）以及船舶与波浪的相对位置有关。
由于船型多由船舶性能和使用要求决定，因此，对给定船型的静波浪弯矩，其大小主要取决于波浪要素以及波浪和船舶的相对位置。
坦谷波理论：
1）二维波的剖面是坦谷曲线形状。
2）波长λ：两相邻波峰或波谷之间的水平距离。3）波高h：由波谷底到峰顶的垂直距离。
4）坦谷波曲线形状特点：波峰陡峭，波谷平坦，波浪轴线上下的剖面积不相等。
5、为了进行总纵强度校验，首先要确定对那些剖面进行计算。显然仅需对可能出现最大弯曲应力的剖面进行计算，这些剖面称为危险剖面或计算剖面。由总纵弯曲力矩曲线可知，最大弯矩一般在船中0.4倍船长范围内，所以计算剖面一般应是此类范围内的最弱剖面——含有最大的舱口或其它开口的剖面，如机舱、货舱开口剖面。此外，一般还要对下述强度最弱剖面进行计算：船体骨架式改变处剖面、上层建筑端壁处剖面、主体材料分布变化处剖面以及由于重量分布特殊可能出现相当大的弯矩值的某些剖面。
6、折减系数：
（1）为什么折减
（2）怎样折减
7、四类纵向强力构件（P68）
8、在载荷模型化时应考虑如下问题：
1）确定作用于结构上的载荷工况；
2）确定计算载荷的性质（不变载荷、静变载荷、动变载荷和冲击载荷）与载荷类型（经常性荷重、偶然性荷重）；
3）确定载荷大小，并决定施加在哪些构件上；
4）确定载荷的组合和搭配。
9、集装箱船为什么进行扭转强度计算（大开口船舶特点）：
舱口宽度已达到、甚至超过船宽的80%，舱口长度达到舱壁间距的90%，大大超过普通货船，从而使船体扭转刚度严重削弱，其扭转强度的重要性已上升到与总纵强度同等的地位。
10、衡量型材剖面内材料分布合理程度的指标有：剖面利用系数和比面积。
11、增加不对称剖面型材最小剖面模数最有效的办法是：
（1）增加腹板高度；
（2）腹板高度不变，增加小翼板的剖面积。
12、型材剖面设计的目标函数及约束条件（见P196）
13、波浪剪力和弯矩的计算步骤。（P8~10）
名词解释涉及知识点：
1、船体梁——在船体总纵强度计算中，将船体理想化为一变断面的空心薄壁梁，称之为船体
梁。
2、浮力曲线——船舶在某一装载情况下，描述浮力沿船长分布状况的曲线。
3、载荷曲线——船舶在某一计算状态下，描述引起船体梁总纵弯曲的载荷沿船长分布状况的曲线。
4、船体极限弯矩——在船体剖面内离中和轴最远点的刚性构件中引起的应力达到结构材料屈服极限（受拉伸时）或构件的临界应力（受压缩时）的总纵弯曲力矩。
5、骨架带板——船体结构中绝大多数骨架都是焊接在钢板上的，当骨架受力发生变形时，与它连接的板也一起参加骨架抵抗变形。因此，为估算骨架的承载能力，也应当把一定宽度的板计算在骨架剖面中，即作为它的组成部分来计算骨架梁的剖面积、惯性矩和剖面模数等几何要素，这部分板称为带板或附连翼板。
6、端点效应——由于水平剪力对上层建筑的偏心作用，将使上层建筑向主体弯曲相反的方向弯曲，即引起了侧壁的纵向应变，使剖面发生歪斜。由于它与主体弯曲引起的纵向应变相反，从而减少了弯曲应力，这种倾向越接近端部越厉害，称之为~。
7、强力上层建筑——上层建筑能100%有效地参加总纵弯曲。
8、轻型上层建筑——上层建筑不能100%有效地参加总纵弯曲。
二、计算题部分：
1、习题1.3；
2、分布在三个理论站距内的重量；
3、船体剖面模数计算及第一次近似总纵弯曲应力;
船舶结构力学 篇3
(上海海事大学 a.商船学院； b. 航运仿真技术教育部工程研究中心，上海 201306)
0 引 言
近年来我国沿海港口已经建成多个液化天然气(Liquefied Natural Gas, LNG)接收站，如辽宁大连鲶鱼湾、河北唐山曹妃甸、青岛胶南市董家口、江苏洋口、上海洋山、浙江宁波北仑等.LNG船舶进出港会给港口船舶常态交通带来巨大的航行安全风险，轻者将造成船舶损伤，阻碍港口交通；重者将造成船舶爆炸和环境污染，造成重大的人员伤亡、财产损失，社会影响十分恶劣.LNG船舶进出港航行风险因素的多样化与LNG船舶航行环境的多变性使港口经营人和海上交通管理部门不可能对每种潜在的风险都有充分的准备，因此必需采取有效的措施控制风险.
目前，国内外对LNG船舶风险的研究主要集中在LNG泄漏、LNG码头及LNG船舶海上航行等方面，涉及到LNG船舶进出港过程风险的较少.罗志勇[1]采用模糊综合评价方法，对大连LNG码头进行风险评估，借此对LNG泄漏事故的后果进行深入探讨，建立模拟火灾和爆炸后果的预测模型，再结合LNG码头和船舶的实际情况，提出风险预防措施和管理对策.柴田[2]选用易燃、易爆、有毒重大危险源评价法，结合模糊理论中的关联算法计算综合抵消因子，对大鹏湾LNG码头进行风险综合评价，建立蒸气云爆炸伤害模型和火灾伤害模型，并开发出LNG码头风险评价的辅助软件.陈建辉[3]结合层次分析和模糊数学的方法对LNG码头进行评价，最后选用洋浦港LNG码头作为安全性模糊综合评判的例证.张万磊[4]采用未确知测度评价模型对大型LNG船舶进出曹妃甸港区的通航安全保障进行评价，得出目前LNG船舶的通航安全等级为一般安全.黄涛[5]运用F-ANP(模糊网络分析法)建立LNG航线运输风险评价模型和运输航线风险评估模型，并在海南某LNG项目的航线选择和配船中验证模型的可行性. VANEM等[6]利用FSA(综合安全评估法)对LNG船舶碰撞、爆炸、火灾和搁浅等事故发生的原因进行分析，建立事故成因模型，认为LNG船舶事故多数是由码头装卸货期间的操作不当引起的.KIM等[7]利用对LNG船舶中玻璃纤维复合材料特性的分析对LNG泄漏的原理进行深入研究，对LNG船舶的储运方式提出相关建议.
在上述文献的基础上, 本文从LNG船舶进出港全过程涉及到的各安全要素着手, 建立LNG船舶进出港风险因素的解释结构模型(Interpretative Structural Modeling，ISM)，提出LNG船舶进出港风险控制的措施和建议.
1 LNG船舶进出港风险因素的ISM
ISM法是美国Warfield教授于1973年为分析复杂社会经济系统相关问题而提出的一种方法.该方法把复杂的系统分解为若干子系统(或因素)，利用人们的经验和知识，在有向图、矩阵等工具和计算机技术辅助下构成一个多级阶梯的结构模型，并通过文字加以解释说明，明确问题的层次和整体结构，提高对问题的认识和理解程度.ISM属于概念模型，它可以把模糊不清的思想、看法转化为直观的具有良好结构关系的模型.[8-10]
考虑到影响LNG船舶进出港的各风险因素的从属关系不太明确，不具有简单的分类学特征，为直接求出各因素之间的关系，本文采用ISM法对LNG船舶进出港的风险因素进行分析，根据各风险因素的影响程度和影响层次对各因素进行划分, 构建一个多级阶梯的结构模型，帮助决策者寻找出直接风险因素和间接风险因素,从而将精力集中于关键点,提高决策效率.[11-12]
1.1 确定风险因素
利用对多个LNG码头营运的区域环境、LNG船舶的航行特点及实船试验的研究成果，将初步筛选出的风险因素以开放式提问的方式征询专家意见.专家小组由有经验的7位教授、5位船长、8位高级引航员、4位在海事局从事船舶监督的工作人员以及3位熟悉港航安全论证的人员组成.通过专家们的深入分析，最终确定关键问题为LNG船舶进出港的高风险(F0).LNG船舶进出港过程中存在的16个风险因素(Fi,i=1,2,…,16)及对这些风险因素的具体描述见表1.
1.2 建立风险因素的邻接矩阵和可达矩阵
1.2.1 邻接矩阵A
邻接矩阵A表示系统要素间基本二元关系或直接联系情况.若A=(aij)n ×n, 则定义
(1)
LNG船舶进出港各风险因素之间关系的邻接矩阵为
表1 LNG船舶进出港的风险因素
1.2.2 可达矩阵R
可达矩阵[13]描述有向连接图各节点间经过一定长度的通路后可达到的程度，表示不同风险之间存在的所有直接和间接的结构关系.可达矩阵有一个重要的特性，即推移性.下面根据式(1)求解可达矩阵.
令Ai= (A+I)i，1 ≤i≤n-1,运用布尔运算规则(0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=1，0×0 =0，0×1=0，1×0=0，1×1=1)依次运算后可得
A1≠A2≠…≠Ar-1=Ar，r≤n-1
式中:n为矩阵阶数，则
在《数据库语言》课程中，第一堂课引入大数据应用案例教学方法，可以引领学生紧跟大数据时代潮流，增进学生的学习兴趣和信心。
Ar-1= (A+I)r-1=R
1.3 级间划分，建立解释结构模型
级间划分以可达矩阵为准则将不同风险因素划分为不同层次.根据风险要素的先行集A(ni)和可达集R(ni)的定义,一个多级结构的最上级要素ni的可行集R(ni)只能由ni本身和ni的强连接要素组成，最高级要素的先行集A(ni)也只能由ni本身、ni的下一级可达要素和ni的强连接要素组成.其中，强连接指要素之间互为可达.由此，最上一级单元ni必须满足R(ni)=R(ni)∩A(ni).
在确定结构的最高一级要素以后，划去可达矩阵中相应的行和列，再从剩余的可达矩阵中寻找新的最高一级要素，不断迭代后最终获得按级间排列的可达矩阵R0.
根据上述方法，从R开始，分别找到各级的最高级要素集：L1={F16}，L2={F1，F9，F12，F13}，L3={F2，F6，F10，F14}，L4={F3，F5}，L5={F4，F7，F8，F11}，L6={F15}.用有向枝连接相邻级别间的要素(1′部分)及同一级别的要素(1″部分)，得到
由R0可以详细分析各要素间如何互相影响，所建ISM见图1.
图1 LNG船舶进出港风险因素的ISM
2 LNG船舶进出港风险ISM的分析
通过LNG船舶进出港风险因素的ISM可以明确LNG船舶进出港风险产生机理.从图1可以看出，在关键问题为LNG船舶进出港的高风险的前提下，各影响因素大致可以分为6个层次.
第1层为LNG船舶事故(F16).LNG船舶事故是最关键因素，对LNG船舶进出港安全产生直接影响.可见在LNG船舶进出港时, 防止船舶航行过程中发生LNG 泄漏、火灾、爆炸、碰撞、搁浅等事故至关重要.
第3层为船舶流量(F6)、气象水文条件(F2)、LNG船舶适航性(F10)和人为因素(F14).这4个要素之间属强连接关系，彼此之间具有高度互动性，各要素的部分效果通常是重复的，容易自成一个封闭的系统.除不可抗力因素外，船舶流量和气象水文条件等环境因素很少成为LNG船舶事故的主导因素，但常常对人为因素有诱导作用，导致船员对航行环境估计不足，加之操作不当，可能引发搁浅、自沉、触损和触礁等事故.LNG船舶最终是由人操纵的，船员的素质和基本功是确保船舶维修和保养、保持LNG船舶适航性的关键因素.在恶劣的环境下，船舶本身的状态可能无法适应，但仍可通过人的努力使情况有所改善，使事故的损失降到最低.
第4层为港内水域(F3)和邻近水域其他水工设施(F5).LNG码头的进港航道及航行水域应满足LNG船舶不乘潮通航的要求，码头前沿设计水深应保证满载LNG船舶在当地“理论最低潮面”时能够安全停靠，并预留LNG船舶紧急制动的安全水域.由于LNG本身具有易燃、易爆、低温、低沸点等性质，为减少LNG码头与邻近水域其他水工设施的互相影响，LNG 码头应设置在全年常风向的下风侧.
第5层为LNG码头附近碍航物(F4)，LNG船舶要素(F11)，政策、法规、制度(F7)和海事主管部门监管(F8).LNG船舶要素有时会成为LNG船舶事故的主要因素，特别是LNG船舶倾覆或沉没的事故以及在船舶失控的情况下发生的事故.为避免船舶在发生碰撞和搁浅等事故时对LNG船舶的货舱造成损坏,所有LNG船舶均应使用双层船壳.政策、法规、制度和海事主管部门监管不是引发LNG船舶事故的直接原因，但往往是事故深层次的原因.为达到预防LNG船舶事故的目的，就应从管理的角度剖析LNG船舶事故的原因,严格按照LNG码头安全管理规定，制定监管方案并落实到人，做好现场的安全监管和LNG码头靠泊期间的监护.当然，海事主管部门监管的力度及相关政策、法规、制度的完善与落实在事故预防中的作用是不容忽视的.
第6层为LNG码头特点(F15).LNG船舶的高危险性使LNG码头在建造时具有很强的排他性.LNG码头不是一个简单的靠船泊位,应按照一个专用港口(即使规模不算大)和接收站统一安排,包括总平面布置、口门宽度、施工工艺、陆域高程、护岸设置、环保等，尤其是海上交通安全、防污染均需在建设前逐一论证.[15]
3 结束语
采用系统工程中的ISM法，建立LNG船舶进出港风险因素的ISM，探讨影响LNG船舶进出港风险的各因素的结构层次关系，为风险因素识别、评价提供新思路.在专家小组确定风险因素的基础上，应用ISM有效地建立起各因素间的层次关系，直观把握对LNG船舶进出港作业产生影响的各因素的层次关系，为有关部门保障LNG船舶进出港作业安全提供参考.
参考文献：
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《船舶静力学》双语教学实践初探 篇4
1 双语教学的模式选择
目前教育界对于双语教学的方式存在不同的看法:有人认为应该全程实行全英文式教学方式;有人认为只要在课堂上将专业词汇教给学生;有人认为应当在课堂上中文和英文交换使用, 互相补充。
双语教学有多种方式: (1) 在课堂上全部使用外文教育, 即所谓的沉浸型双语教学; (2) 学生在接收专业知识之前进行外文强化训练, 在课堂上学生开始部分或者全部使用母语, 在学生熟悉了语言环境后逐步过渡为以外文为主, 以母语为辅的教学方式, 即所谓过渡型双语教学; (3) 根据教学内容的难度, 综合以上2种方式, 如果内容难度不大, 采用沉浸型双语教学方式, 如果内容难度大, 采用过渡型双语教学, 另外再结合一些多媒体的教学手段进行教学, 即所谓综合型双语教学。 (4) 学生的部分课程实施双语教学, 其他学科仍使用母语教学, 即所谓保持型双语教学。
笔者在课堂上对上述教学模式进行了探索, 具体讨论如下。
(1) 在课程开始之初, 由于学生对于船舶静力学课程基本特性不太熟悉, 因此如果采用沉浸型教学模式学生较难进入状态, 将影响学生对整个课程的兴趣, 因此在进行第一章表达船体形状的参数教学时, 采用了过渡型双语教学方式, 完成课堂教学后笔者在批改作业时发现学生能够基本掌握主要教学内容。为了能够正确地评价教学效果, 在课堂选择1道作业题, 学生中有80%能够在5min～7min完成, 基本达到了预期目标。 (船型系数计算:A ship, 200m between perpendiculars, has a beam of 22m and a draught of 7m.If the prismatic coefficient is 0.75, the area of the waterplane 3500m2 and mass displacement in the sea water is 23, 000tonnes, estimate (a) the block coefficient; (b) the waterplane coefficient;and (c) the midship section coefficient.)
(2) 在学生熟悉了船舶静力学的一些常用词汇、专业术语之后, 笔者尝试在第二章浮性和第三章初稳性采用第一种方法, 即沉浸型双语教学, 如船舶重量的分类和重心位置计算、产生复原力矩的原因及稳性高的计算, 尝试采用全英文授课, 完成教学后发现学生对这一章的掌握并不太好, 经过课堂测验, 发现只有50%~60%的学生基本掌握了该章的内容。
(稳性高计算:A box-shaped sea-going ship's principle dimensions are as follows.L=15m.B=9.0m.D (Depth) =2.0m.The weight of the main hull is p1=56t, while the verticalheight of CG above the base line is 1 KG=0.85m.The weight of the superstructure isp2=78t, while the vertical height of CG above the base line is2 KG=7.5m.Find out (1) the transverse metacentric height GM, (2) the longitudi-nal metacentric height LGM.)
(3) 对于第3章初稳性的基本概念中, 采取了综合型教学方式。通过绪论中的教学录象在稳性的分类教学点采用沉浸型教学方式, 而等体积倾斜水线教学点综合其他的教学方式, 结果学生普遍反映这种方式容易接收, 也容易理解。
综合多种教学方式的探索, 我们发现即使同一门课程也不宜采用一种方式进行教学, 另外在教学过程中如果充分利用多媒体的教学手段, 将有助于学生掌握有关知识。
2 教学效果的评价
为了检验双语教学的效果, 笔者在课程结束期末考试试题中给出部分外文题目, 具体如下:
A卷 (考试卷) :
判断改错题
Draft——The vertical distance from the water or designated waterline to the
weather-deck edge at any given location along the ship. (×) Freeboard;
计算题
The raft shown has to support a weight which would produce a combined height of the centre of gravity above the keel of'3.5 m.The draught is then uniformly 1 m.What is the minimum value of d--the distance apart of the centre lines of the baulks—if the GM must not be less than 2 m?
B卷 (补考卷) :
判断改错题
Block coefficient——The ratio of the volume of displacement to the volume of cylinder having a length L and a cross section equal in area to that of the maximum section at the designed waterline。 (×) prismatic;
从学生考试结果来看, 判断题正确率较低, 计算题正确率尚可。考试后对学生的调查, 反映原因是由于考试时要求学生判断题用英语作答, 大部分答错的同学均认为题目要求判断语法正误, 重点没有放在专业术语的正确与否。计算题因无外文表达, 只要试题内容理解均能够正确作答, 错误主要集中上公式计算中。
3 教学过程中存在的问题
3.1 教师水平问题
船舶静力学属于专业技术基础课程, 笔者在授课过程中深深感到虽然熟悉专业知识, 也熟悉专业知识的一些英语表达方式, 但是如何用英语表达出来, 如何让学生能够接受存在较大的困难, 因此笔者认为学院需要从以下几方面着手解决这一难题: (1) 虽然当前的教师很多是硕士毕业或者博士毕业, 但是对于专业知识的英语表达仍然存在一些困难, 因此在条件允许的前提下, 学校首先要做的一件事情是开设双语课程教师口语加强培训班, 培训班的教师最好是外教, 以提高教师授课过程中英语表达的能力。 (学校前几年暑假举办的英语培训班举措很好) 。 (2) 从长远来看, 还要将部分教师送出国外进行短期培训, 让教师熟悉国外的相关课程的教学方法, 即“送出去”。 (3) 如果学校条件许可, 可以采用“引进来”的办法, 引进一些留学归国人员担任课程的双语教学, 同时这些留学归国人员可以帮助一些未出国的教师进行双语教学工作。
3.2 学生的英语强化问题
我国高中阶段的英语教学比较偏重于语法结构的讲解, 句子成分的分析等基础理论知识, 注重学生的应试能力。而进入大学教育阶段后, 学生的英语应用能力还很薄弱, 即便是用英语打招呼, 也还不能轻松自如。在这种情况下开展双语教学显然不切实际。众所周知, 双语教学从性质上讲仍是专业教学, 不是语言教学。英语只是传授和学习专业知识时使用的一种教学语言, 沟通方式。在双语课堂上, 学生应该围绕着专业问题开展思考和活动, 而不是询问原文中句子或语法问题, 更不能本末倒置, 进行语言操练。所以, 在开展双语教学之前学生必需具备扎实的英语语言基础知识和一定的英语交流能力并进行强化。
3.3 教材问题
教材问题目前教育界已经给予了高度的重视, 笔者认为教材问题解决的好坏将影响双语教学的顺利实施。如果全部引进原版教材成本太高, 学生较难接受;如果仅仅是在国内教材的基础上进行翻译, 学生认为意义并不大。笔者采用的是结合国内教材和原版教材, 自行编写讲义的方法。
4 结语
船舶结构力学 篇5
实施方案（2013-2015年）
船舶工业是为海洋运输、海洋开发及国防建设提供技术装备的综合性产业。受国际金融危机的深层次影响，国际航运市场持续低迷，新增造船订单严重不足，新船成交价格不断走低，产能过剩矛盾加剧，我国船舶工业发展面临前所未有的严峻挑战。按照稳增长、调结构、促转型的工作要求，为保持产业持续健康发展，特制定本实施方案。
一、面临形势
（一）主要成就。新世纪以来，在党中央、国务院的领导下，我国船舶工业抓住难得的市场机遇，进入了历史上发展最快的时期，取得显著成就。2006年，国务院批准《船舶工业中长期发展规划（2006-2015年）》，明确了发展方向和重点任务，全面启动环渤海湾、长江口、珠江口地区等三大造船基地建设。2009年，国务院印发《船舶工业调整和振兴规划》，提出了船舶工业应对国际金融危机，保增长、扩内需、调结构的一揽子政策措施，我国船舶工业在极其不利的市场形势下，保持了平稳较快发展。产业规模迅速扩大，造船完工量、新承接订单量、手持订单量占世界市场比重显著提高；结构调整步伐加快，主流船型形成品牌，高技术船舶、海洋工程装备研发制造取得新进展，船用配套能力不断增强；产业布局得到优化，城市船厂搬迁有序推进，三大造船基地形成规模，发展质量明显改善。我国已经成为世界最具影响力的造船大国之一。
（二）挑战和机遇。受国际金融危机深层次影响，国际船舶市场需求大幅下降，手持订单持续减少，产业发展下行压力不断加大；国际航运和造船新规范、新公约、新标准密集出台，船舶产品节能、安全、环保要求不断升级；需求结构加快调整，节能环保船舶、高技术船舶、海洋工程装备等高端产品逐渐成为新的市场增长点。世界船舶工业已经进入了新一轮深刻调整期，围绕技术、产品、市场的全方位竞争日趋激烈。同时，我国船舶工业创新能力不强、高端产品薄弱、配套产业滞后等结构性问题依然存在，特别是产能过剩矛盾加剧，“十二五”后三年面临的形势十分严峻，加快结构调整、促进转型升级的任务十分迫切。但也应该看到，我国已经建成了一批高水平的造船基础设施，上下游产业齐全，劳动力资源充裕，国内市场潜力巨大，比较优势依然突出。必须抓住机遇，采取有力措施，深入推进结构调整，不断提高质量效益，为建成造船强国、实施海洋战略积蓄力量和创造条件。
二、总体要求
（一）指导思想。
全面贯彻落实党的十八大精神，以邓小平理论、“三个代表”重要思想、科学发展观为指导，立足当前，着眼长远，以加快转变船舶工业发展方式为主线，以提高发展质量和效益为中心，适应国际船舶技术和产品发展新趋势，着力改善需求结构，实施创新驱动，推动技术和产品结构升级；发挥企业市场主体作用，加强宏观调控和引导，着力推进兼并重组和转型转产，优化产业组织结构和产能结构；积极应对国际船舶市场变化，着力加强企业管理和行业服务，稳定和巩固国际市场，提高产业国际竞争力，为实现船舶工业由大到强的转变奠定坚实基础。
（二）基本原则。
强化需求引导，调整产品结构。发展技术含量高、市场潜力大的绿色环保船舶、专用特种船舶、高技术船舶，发展海洋工程装备，提高船用设备配套能力，扩大国内有效需求，推动船舶产品结构升级。
实施创新驱动，提高竞争能力。推进技术创新，全面满足国际新规范、新公约、新标准要求，提高船舶设计制造水平，增强产品国际竞争力，稳定国际市场份额。实施海外投资和产业重组，开展全球产业布局，积极拓展对外发展新空间。
控制新增产能，优化产能结构。遏制产能盲目扩张，利用骨干企业现有造船、修船、海洋工程装备基础设施能力，推进大型企业重组和调整，整合优势产能；调整业务结构，鼓励中小企业转型转产，淘汰落后产能。
完善政策体系，创新体制机制。尊重市场经济规律，顺应世界船舶工业深刻调整新形势，完善船舶工业转型发展的政策体系；推进重点领域改革和体制机制创新，加强企业管理，改善行业服务，不断增强船舶工业自身发展活力。
（三）发展目标。
——产业实现平稳健康发展。“十二五”后三年，国内市场保持稳定增长，国际市场份额得到巩固，骨干企业生产经营稳定，船舶工业实现平稳健康发展。
——创新发展能力明显增强。新建散货船、油船、集装箱船三大主流船型全面满足国际新规范、新公约、新标准的要求，船用设备装船率进一步提高。高技术船舶、海洋工程装备主要产品国际市场占有率分别达到25％和20％以上。
——产业发展质量不断提高。产业布局调整优化，建成环渤海湾、长江口、珠江口三大世界级造船和海洋工程装备基地。骨干企业建立现代造船模式，造船效率达到15工时/修正总吨，单位工业增加值能耗下降20％，平均钢材一次利用率达到90％以上。
——海洋开发装备明显改善。运输船队结构得到优化，渔业装备水平明显提高，科学考察、资源调查等装备配置得到加强，海洋油气资源勘探开发装备满足国内需求，邮轮游艇产品适应海洋旅游产业发展需要。
——海洋保障能力显著提升。行政执法船舶配置大幅提升，调配使用效率明显提高，适应海上维权执法需要；救助、打捞船舶升级换代，航海保障能力及海上综合应急救援能力显著增强。
——化解过剩产能取得进展。产能盲目扩张势头得到遏制，产能总量不增加；企业兼并重组稳步推进，产业集中度不断提高；一批大型造船基础设施得到整合，产业布局更加合理；一批中小企业转型转产，落后产能退出市场。
三、主要任务
（一）加快科技创新，实施创新驱动。
开展船舶和海洋工程装备关键技术攻关，培育提高科技创新能力，增强创新驱动发展新动力。加大主流船型符合国际新规范、新公约、新标准的节能安全环保技术开发，做好宣传、培训和推广，积极参与国际标准制订，支持数字化智能设计系统等重点技术研究和应用。开展液化天然气存储技术研究，突破液化天然气船双燃料、纯气体动力技术；组织豪华邮轮总体布置、减振降噪、海上舒适度等技术以及工程项目组织管理和特殊建造工艺研究。开展深海浮式结构物水动力性能、疲劳强度分析等关键共性技术攻关，提升钻井船、半潜式平台、液化天然气浮式生产储卸装置、水下生产系统等核心装备的概念设计和基本设计水平，掌握大型功能模块的设计制造技术。突破磷虾捕捞加工船、大型拖网加工船等大型远洋渔船设计建造技术，提高金枪鱼延绳钓船、金枪鱼围网船、秋刀鱼捕捞船等远洋渔船设计建造能力。加快产品开发，建立标准化船型库，加强防撞击、适航性等技术集成应用和创新，提高行政执法和公务船舶设计制造水平。
（二）提高关键配套设备和材料制造水平。
重点依托国内市场需求，推进关键船用配套设备、海洋工程装备专用系统和设备以及特种材料的制造，提高产业核心竞争力。培育中高速柴油机、小缸径低速柴油机、甲板机械等优势产品自有品牌，加快转叶式舵机、污水处理装置、压载水处理系统、油水分离机等产品产业化，提高通信导航和自动化系统制造水平。加快液化天然气船动力推进系统、低温冷藏系统、低温液货装卸系统等关键系统的研制。开展透平和原油发电机组、单点系泊系统、动力定位系统、电力推进系统、海洋平台吊机、水下井口装置、铺管专业设备等海洋工程装备专用系统和设备研制技术攻关。推进渔船探渔、诱渔、捕捞、加工、冷藏等专用设备制造。推进行政执法和公务船舶电子、通信、导航设备产业化。发展耐腐蚀、超低温、高强度、超宽超长超薄和异形船板，海洋工程装备、海洋油气输送管线用钢等特种钢材。
（三）调整优化船舶产业生产力布局。
严把市场准入关口，严格控制新增造船、修船、海洋工程装备基础设施（船台、船坞、舾装码头），坚决遏制盲目投资加剧产能过剩矛盾。通过优化产业组织结构，推进企业兼并重组，集中资源、突出主业，整合一批大型造船、修船及海洋工程装备基础设施资源，发展具有国际竞争力的船舶企业集团。通过调整中小船厂业务结构，发展中间产品制造、修船、拆船等业务，开拓非船产品市场，淘汰一批落后产能。在不增加产能的前提下，加快实施城市老旧船厂搬迁。依托环渤海湾、长江口和珠江口地区三大造船基地发展海洋工程装备，重点发展海洋工程装备专用系统和设备，形成造船、海洋工程装备、配套设备协调发展的产业格局。
（四）改善需求结构，加快高端产品发展。
鼓励老旧船舶提前报废更新。加快淘汰更新老旧远洋、沿海运输船舶，推进内河船型标准化，发展满足国际新规范、新公约、新标准的节能安全环保船舶，优化船队结构，提高航运业竞争力。
大力发展海洋工程装备。加大海洋油气资源勘探开发力度，发展钻井平台、作业平台、勘察船、工程船等海洋工程装备。鼓励骨干油气、造船企业和科研院所等成立专业化企业或联合体，培育海洋工程装备设计、系统集成和总承包能力。
加强行政执法船舶配置。增加海上行政执法船舶数量，提高配置水平，开工建造一批海上行政执法船舶，改善装备条件，充实执法力量，尽快提高海上维权执法能力。
加快海洋综合开发和应急保障船舶建造。建设专业化海上应急救援队伍，开工建造一批大型救助、打捞船舶，提高海上综合救援能力。加快开发建造一批资源勘察、环境监测、科学考察船舶，改善海上科研条件，提高海洋科考能力。依托重大海洋基础设施工程，建造一批水上工程船舶，形成规模化海上施工能力。
开拓高技术船舶市场。大力发展大型液化天然气船，提高专业化设计制造能力和配套水平。加快培育邮轮市场，逐步掌握大中型邮轮设计建造技术。完善游艇产业链条，培育豪华游艇自有品牌。
实施渔船更新改造。逐步淘汰老、旧、木质渔船，发展选择性好、高效节能的捕捞渔船。加快老旧远洋渔船更新步伐，提升远洋渔业装备水平。发挥船舶工业研发和制造优势，整合科研生产要素，提高渔船开发设计和制造水平。
（五）稳定国际市场份额，拓展对外发展新空间。
加强对国际船舶市场态势、产品发展趋势以及主要造船企业发展战略的分析和研究，加大国际市场开拓力度，稳定和努力扩大国际市场份额。
支持引进船舶和海洋工程装备开发、设计核心人才和团队。支持有条件的企业通过自建、并购、合资、合作等多种方式在海外设立研发中心，支持开展海外产业重组，掌握海洋工程装备、高技术船舶、配套设备等领域的先进技术。支持大型船舶和配套企业开展全球产业布局，在海外建立营销网络和维修服务基地。
（六）推进军民融合发展。
促进军用与民用科研条件、资源和成果共享，促进船舶军民通用设计、制造先进技术的合作开发，加强军用与民用基础技术、产品的统筹和一体化发展，推动军用标准与民用标准的互通互用。引导造船企业发挥技术优势积极开拓民用特种、专用船舶市场。立足民用船舶工业基础，依托重大民品研制项目，突破关键产品、材料、加工制造设备等军工能力建设瓶颈。
（七）加强企业管理和行业服务。
引导船舶企业深化内部改革，加强制度创新，夯实管理基础。加强成本和风险控制，增强应对市场变化和抵御市场风险能力。全面建立现代造船模式，加快信息化建设，推进精益造船，应用节能、节材技术和工艺，降低资源和能源消耗，提高发展质量和效益。加强船员人才队伍建设，建立严格的船员培养、选拔、考核、退出机制，提高船员综合素质，满足可持续发展需要。加强船舶行业管理，完善行业准入条件，加强国际新规范、新公约、新标准的宣传、培训和推广，发挥行业协会、专业机构等在行业自律、信息咨询、技术服务、检验检测、宣传培训等方面的重要作用。
四、支持政策
（一）鼓励老旧运输船舶提前报废更新。
调整延续实施促进老旧运输船舶和单壳油轮提前报废更新政策至2015年12月31日。鼓励老旧远洋、沿海运输船舶提前报废并建造符合国际新规范、新公约、新标准要求的绿色环保型船舶。
（二）支持行政执法、公务船舶建造和渔船更新改造。
支持海上行政执法船舶以及救助打捞、资源调查、科学考察等公务船舶建造，支持航海保障设施、设备的配备，支持海洋渔船更新改造，满足船舶建造和更新改造资金需求。
（三）鼓励开展船舶买方信贷业务。
鼓励金融机构加大船舶出口买方信贷资金投放，对在国内骨干船厂订造船舶和海洋工程装备的境外船东提供出口买方信贷。鼓励银行业金融机构积极拓展多元化融资渠道，通过多种方式募集资金。
（四）加大信贷融资支持和创新金融支持政策。
鼓励金融机构按照商业原则，做好对在国内订造船舶且船用柴油机、曲轴在国内采购的船东的融资服务，加大对船舶企业兼并重组、海外并购以及中小船厂业务转型和产品结构调整的信贷融资支持。研究开展骨干船舶企业贷款证券化业务。积极引导和支持骨干船舶企业发行非金融企业债务融资工具、企业债券等。积极利用出口信用保险支持船舶出口。优化船舶出口买方信贷保险政策，创新担保方式，简化办理流程。鼓励有条件的地方开展船舶融资租赁试点。
（五）加强企业技术进步和技术改造。
引导企业加大科研开发和技术改造投入，增强高技术船舶、海洋工程装备创新能力，开展生产工艺流程改造，加强高技术船舶、海洋工程装备、船用设备专业化能力建设，以及技术引进、消化吸收再创新和填补国内空白的产业化项目建设。
（六）控制新增产能，支持产能结构调整。
地方各级人民政府及其有关部门不得以任何名义核准、备案新增产能的造船、修船和海洋工程装备基础设施（船台、船坞、舾装码头）项目，国土、交通、环保等部门不得办理土地和岸线供应、环评审批等相关业务，金融机构不得提供任何形式的新增授信支持。地方各级人民政府要立即组织对船舶行业违规在建项目进行认真清理，对未批先建、边批边建、越权核准的违规项目，尚未开工建设的，不准开工，正在建设的项目，要停止建设；国土、交通、环保部门和金融机构依法依规进行处理。对停建的违规在建项目，按照谁违规谁负责的原则，做好债务、人员安置等善后工作，区分不同情况，采取相应的措施，进行分类处理。对已经建成的违规产能，根据有关法律法规和行业准入条件等进行处理。在满足总量调控、布局规划、兼并重组等要求的条件下，推动整合提升大型基础设施能力。加快淘汰落后产能，支持企业转型转产。
五、实施保障
各地区、各部门、各单位要进一步提高对化解产能过剩矛盾、加快结构调整、促进转型升级、保持船舶工业持续健康发展重要性和紧迫性的认识，加强组织领导，抓好工作落实。
船舶结构力学 篇6
船舶定线制是指由主管机关或技术性组织用法律规定或推荐形式指定船舶在海上某些区域航行时所应遵循或采用的航线、航路或通航分道。
定线制是旨在减少海难事故的单航路或多航路的定线措施，一般有分道通航制、双向航路、推荐航线、推荐航路、避航区、沿岸通航带、双行道、警戒区、深水航路等9种定线措施。
船舶定线制的目的是增进船舶汇聚区域和交通密集区域，或因水域空间有限，存在航行障碍物、水深受限、气象条件不利等而使船舶的行动自由受到限制的区域的航行安全。船舶定线制还可用于防止或减少由于船舶在环境敏感区域或附近发生碰撞、搁浅或锚泊而对海洋环境造成污染或其它损害的危险。
新型船舶推进装置
芬兰马萨造船公司研制成功一种新型的船舶推进装置。新装置的关键技术是电动机与螺旋桨安装为一体，这样不仅传统的长长的艉轴被取而代之，齿轮箱、推力轴承、舵以及一些传统的配套设备都成为多余的了。
据称，这种新型推进装置可以绕其轴线转动360度，角度控制机构安装在该装置中，可以直接控制螺旋桨轴的转向。由变频器控制的电动机可以产生平稳而且变化范围极大的转矩。使用该装置的船舶不仅能方便灵活地转向，而且还可以任意倒行。这种功能使得船舶的效率大为提高，还可节省10％－50％的能耗。（李有观）
自动船舶监视系统
瑞典在一些船舶上安装了一种自动监视系统，该系统能在大海上和受限水域内向船舶驾驶员提供遭遇他船的船名、呼号、航向、航速、船舶种类、方位和距离等资料，使船舶驾驶员可对本船雷达覆盖水域内的船舶航行进行自动监视。
使用这种系统，各船都要安装同一种设备，它由三部分组成：高精度船舶定位系统、无线电收发两用机和电子计算机。
无线电收发两用机装有两台特制计算机，分别用于处理来自定位系统和无线电接收机的数据，以便使处理结果与时间同步，并对这些结果进行识别，最后送至无线电发射机，以一定时间间隔发射出去。
与无线电收发两用机相连的是另一台普通计算机。由于无线电收发两用机是独立工作的，所以完全可以由船舶驾驶台上现有的计算机与收发两用机连接使用，并用它来显示周围船舶的有关资料。
船舶结构力学 篇7
为了保障桥梁安全,必须研究分析船撞内力,防止桥梁因船舶撞击力超过桥墩的设计承受能力而破坏。
1 船撞桥墩概况
该桥主桥桥墩墩身为实体墩,使用高桩承台和群桩基础。承台横桥向长18 m,纵桥向长11.5 m,厚5 m。群桩基础共由6根直径为2.8 m的钻孔灌注桩组成,桩长为46 m,其中深入基岩的桩身长为4.9 m,桩径为2.5 m。
一条运输船舶偏离航道,自下游方向撞击主桥桥墩水中施工平台,船舶巨大的冲击力使平台下游侧纵桥向2根Φ820 mm的管桩连接系折弯后,局部冲开钢围堰吊箱下游侧钢板,并撞击锚固在承台上的塔吊立柱。塔吊立柱折弯失稳后,其起重臂砸向上游侧老桥桥面,导致老桥上空高压线断落以及老桥人行道板破损。现场照片见图1。
据调查,撞击主桥桥墩的船舶空载重量为200 t,实际载有货物重量300 t,船舶航行速度(考虑水流速度影响)约为4 m/s。
2 桥墩结构模拟
2.1 模拟方法
根据调查及船舶撞击动能的转化分析,认为肇事船舶撞击作用力部分传递至承台桩基结构上,而相当大的一部分则被船舶、管桩连接系、钢吊箱围堰、塔吊等部件变形吸收(耗散)。
在总体考虑主桥桥墩承台及桩基结构外围的“防撞消能系统”后,简化桩基承台结构受船撞计算分析,即按静力计算的结果(承台与桩基结构的静力计算应力、位移)对承台桩基结构进行安全性评估,计算主桥桥墩结构的模态参数,包括模态振型、模态频率。
2.2 船舶撞击力的确定
2.2.1 船舶撞击力的计算
船舶实际重量W=500 t,船舶撞击墩台时的速度取4 m/s,船舶撞击墩台时间为1 s,根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004)第4.4.2～4条规定计算,桥向撞击作用标准值为2 000 kN。
2.2.2 考虑消能后的船舶撞击力
根据调查结果,判断肇事船舶并未直接撞击在承台及桩基结构上,直接撞击力作用点主要在管桩连接系上、钢吊箱围堰承台顶面以上钢板上、锚固于承台顶面上的塔吊上。
施工平台管桩连接系与承台桩基结构间连接较弱,传力性能不强,可以认为肇事船舶初始动能有相当大的一部分由管桩连接系自身吸收(管桩连接系自身的弯曲变形),仅有部分能量由与承台连接的钢围堰、塔吊传递到承台桩基结构[1,2]。
塔吊锚固于承台顶面混凝土上,塔吊自身形变吸收部分船舶撞击动能的同时,船舶撞击作用可以通过塔吊传递至承台顶面上。对主桥墩承台桩基结构进行计算分析,也应考虑到这部分力/能量。
综合船舶撞击、管桩连接系、钢吊箱围堰、塔吊、承台及桩基等变形能分析判断,船舶撞击前初始动能(mV2/2),在撞击桥墩施工平台后能量的吸收及转化形式见表1。
通过现场调查资料及撞击能量的转化分析,按公路桥规计算出来的横桥向船舶撞击力2 000 kN,假设经消能50%和70%后2种撞击作用力分别约为1 000 kN,600 k N直接撞击作用力[3,4],进行模拟分析和评估。
注:表1中对船舶撞击能量的转化分析是在调查以及各部件材料结构特性分析的基础上进行的,关于船舶撞击能量的描述及估量是为了表明对调查分析结果的一种表述,同时便于计算分析。
2.3 计算模型
静力计算的主要目的是获取结构在船舶撞击力作用下承台及桩基的静态应力、位移响应。静力计算选取主桥桥墩桩基、承台作为研究对象,采用通用有限元软件ABAQUS建立实体模型[5,6]。
动力计算的主要目的是获取结构自振特性参数,主要是自振频率。动力计算选取主桥桥墩桩基、承台以及已施工的6 m高桥墩墩身作为研究对象,应用通用有限元软件ABAQUS建立实体模型。见图2、图3。
桩基础材料为C35水下混凝土,承台为C35混凝土,墩身为C40混凝土,均使用弹性材料、实体单元进行模拟。
3 结构静力评估
由于主桥桥墩承台混凝土未直接承受船舶撞击作用力,通过钢围堰和塔吊传递到承台混凝土上的作用力相对较小且经过钢围堰的扩散作用,承台局部受力较小,检查未发现承台顶面塔吊位置及迎撞面侧发生混凝土开裂破碎现象。故按照消能后的横桥向船舶撞击作用力约为1 000 kN、600 kN计算,结果与实际情况比较吻合。
桩基与承台连接区的计算应力及结构计算变形结果见表2。
注:(1)表中计算应力为桩基与承台连接部位高应力区的最大计算应力,应力值为按第一强度理论计算的最大主应力(正值为拉应力);(2)桩基与承台结构变形方向为向上游侧偏移。
可见,按1 000 k N的船舶撞击力作用于承台上进行计算分析,桩基与承台连接区计算最大拉应力为0.48 MPa,小于C35混凝土抗拉强度设计值(1.52 MPa),结构不会发生开裂;结构计算最大变形为6.98 mm,处在结构弹性变化范围内。
4 结构动力评估
结构固有频率的改变能反映其整体性能和技术状况。根据实测的结构自振频率和理论计算值比较可对结构整体性能和技术状况作出评定。
按模型计算结构模态振型和频率。桩基、承台及墩身1阶计算模态振型见图4;2阶计算模态振型见图5;实测基频与计算基频比较见表3。
从表3可以看出,主桥桥墩桩基、承台及部分墩身结构实测基频均大于计算基频,横向和竖向1阶弯曲频率实测值与计算值比值分别为1.18和1.21,表明下部结构整体技术状况较好。
5 结论
由于肇事船舶未直接撞击承台桩基结构,其撞击能力大部分由外围的桩连接系、钢吊箱围堰及船舶、塔吊等的消耗吸收,通过静力计算和动力计算,撞击对桩基结构影响有限,结构缝处在安全范围。
摘要：以某大桥主桥桥墩为工程背景,模拟分析桥墩在遭遇船舶撞击作用下,经过船舶撞击、管桩连接系、钢吊箱围堰、塔吊传递、承台及桩基的消能转化后桥墩结构的响应(应力、位移),模拟结构的模态参数(频率和振型),结合实测结果,对桥墩结构消能状态进行评估,为桥墩防撞事故分析提供参考。
关键词：船舶撞击,结构响应,模态参数,能量转化
参考文献
[1]陈国虞.有防撞装置时计算船撞桥的力[J].铁道标准设计,2004(1):47-49.
[2]Petersen P T,Zhang S.On impact mechanics in shipcollision[J],Marine Structure,1998,11(10).
[3]祁恩荣,崔维成.船舶碰撞和搁浅研究综述[J].船舶力学,2001,5(4):67-80.
[4]肖波,周楚兵,吴卫国,等.船与刚性桥墩的碰撞性能分析[J].武汉理工大学学报:交通科学与工程版,2005,29(6):854-857.
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计算机在船舶结构工程中的应用 篇8
关键词：船舶结构,计算机,应用
在实际工程中应用的计算机常常被定义为通用的, 可储存程序的数字电子计算机。数字是指在计算机中用各个阿拉伯数字表示数目, 与模拟计算机不同, 在模拟计算机中, 数目用连续变化的实际数量表示;数字计算机也能表示和使用除数字之外的符号, 如一些字母和几何体;电子是指计算机内部的操作由电路来执行;可存储的程序是指电脑应用连续的分步骤指令的一种程序, 这种程序被定义为是处理方案;通用是指计算机并不是为了一种特殊的应用所设计的, 而是应用不同的程序解决各种各样的问题。
1 船舶结构设计过程
1.1 确定设计尺寸
根据相关数据确定整体的规格尺寸, 并参考现有的船舶类型将各部分的详细规格暂时确定下来。然后, 根据实际规范、标准书, 决定荷载的种类以及所用材料类型等。
1.2 截面的受力计算
对于作用于构件截面的力, 应依照设计规范等计算出包括轴向力、剪切力以及弯矩等在内的截面力。当然由于构件的自重是假定值, 如果实际重量与假设条件有出入时, 必须按照其实际重量重新计算出所需要的截面面积。
1.3 重新评估
根据上一步计算出的截面力, 讨论构件截面是否安全, 其成本是否得当的等问题。如判断其计算结果不适当时, 应修改构件截面的尺寸并重新进行计算。同时, 设计人员也应充分考虑到施工方式、竣工后的维护管理。设计计算中, 在设计的最终阶段应保留3位有效数字。
1.4 绘制设计图
以再次评估通过后的设计文件为准, 绘制船舶的设计图。设计图分为显示船舶整体的一般图纸, 以及标注局部详细尺寸的详细图纸。在设计图中, 应指明所使用的材料, 并列出材料一览表。设计图应按比例画出加工时的原尺寸图。
1.5 完成设计图稿
设计规格及设计图统称作设计图稿。此外, 计算书及材料标准规格、规范、标准、作法造价表、标准设计规范也应在设计图中体现。
2 程序开发过程
计算机使用需要把要解决的问题分为两个阶段:开发 (研发) , 在这个过程中程序产生;生产, 涉及到程序的重复使用。程序开发是与结构设计过程类似;是一个较大的设计活动, 其每一步所进行的程序自然地依赖于程序的使用范围和重要性、可获得的资源、特殊的使用和程序的分类。即使程序在别处也可获得, 这些步骤也必须得进行, 这些程序需要设计成能移植或适应编制者的需要、资源和操作。
2.1 程序定义
在这个阶段, 利用所需要的某种计算程序, 可得到的资源 (人力, 机器) 和已知的范围将程序的主要功能和概念方面的情况展现出来。这个步骤包括当前应用过程的回顾、方法的评价、假设和使用时的限制;可能的修改过程的探索;潜在的未来应用的推断。既然一个成功的程序有可能显著地改变处理将来各形式问题的编制方法, 那么问题的定义是由程序员、经理、管理人员以及最终应用这个程序的设计人员共同努力完成的。
2.2 程序设计
在这个阶段, 设计时必须做出三方面的决定。
首先, 必须决定出使用的计算程序。程序基本上是从人工技术开始的。尤其在设计应用中, 设计程序所体现出的方法必须是可预见的, 并且对于每一个定义的例子必须是适当的。规定的程序检测数据的一致性、可能性扩展、变更、同时在说明书中的变化也需要考虑到。
当所选用的包括程序在内的数学解决方法不能直接用代数操作时, 必须采用数学分析方法。只要程序作为计算机软件的一部分, 大多数都可以以子程序的形式获得。在大多数情况下, 开发能够更好地应用现存子程序的不同的公式是很值得的。
其次、程序所用到的数据的组织和结构必须仔细地开发。这包括提供给程序的输入数据、产生的输出数据、由程序直接操作的内部数据 (例如局部结果) 以及长期储存的可能的数据, 例如程序使用的, 产生的或者改变的工程文档。
再次, 处理的是程序和它潜在的使用者之间的相互作用。这步包括输入输出数据的严格指示、确定变化范围、所要求的精确度以及设计形式。在这个形式中, 这些数据将传送给计算机或者由程序所产生。这一步依附于已完成程序的效用;这个程序需要数长时间准备的外来的作为输入的数据, 包含无组织的数据结果的页码是不受使用者欢迎的, 因此它对于组织者的价值大大降低了。
总之, 计算机技术的广泛应用, 不仅适应了现代船舶建造发展的要求, 还缩短了工作时间, 提高了工作效率, 节省了人力、物力和财力, 把工程技术人员从繁重的操作中解脱了出来, 更重要的是它提高了工作质量。现代船舶的特点向计算机技术提出了新的课题, 并将推动该技术的不断发展。S
参考文献
[1]丁爱兵.计算机软件接口技术在船舶综合设计软件中的应用研究[D].上海交通大学, 2012.
船舶结构力学 篇9
国内学者陆守香等人运用CFAST软件采用子空间区域划分工程分析方法对船舶机舱复杂空间烟气运动工程进行了研究;邹高万等人采用大涡模拟方法对船舶机舱火灾热流场特性和规律进行了模拟及实验研究;苏石川等人在对船舶机舱火灾发展过程及回燃、轰燃及火旋风等特殊火行为进行了数值模拟,张小良等人运用火灾区域模拟思想对船舶机舱火灾烟气蔓延在通风口开启与关闭两种情况下进行了模拟对比研究。前人的研究成果中基本上未考虑通风管路对火灾场的影响,同时将机舱结构简化为单一的大空间,即为单层船舱几何结构(如图1(a)所示)。典型船舶机舱结构(如图1(b)所示)分为三层,平台A、平台B由钢板构成,层与层之间通过斜梯相连接,且柴油主机、柴油发电机组等大型动力设备与平台之间的布置将机舱整体划分为多个子区域,因此将这种同一空间被划分为多层、多个子空间的结构定义为多层机舱几何结构。Jeffrey C Owrutsky利用长波摄像装置虽对真实船舶舱室(多层机舱几何结构)火灾进行了监控,并未对空间内的热流场特性进行分析。
笔者分别以多层几何结构船舶机舱、无通风管路多层几何结构船舶机舱及单层几何结构船舶机舱为研究对象,运用过滤后的平衡方程组来描述三维火灾场,结合混合燃烧分数模型及辐射换热有限容积模型,采用Smagorinsky亚格子模型的大涡模拟方法对其流速场、氧气浓度分布、火焰传播速度及净热通量进行比较研究。
1 大涡模拟基本控制方程
笔者采用大涡模拟技术,结合混合分数燃烧模型及非散射灰体的辐射输运方程构成模拟数学方程,对大涡模拟及Smagorinsky亚格子模型采用二阶有限差分进行空间离散,运用显示二阶预估校中法对流动变量进行离散,采用显式二阶Runge-Kutta法对时间进行离散。
2 模拟参数设置
2.1 船舶机舱几何结构参数
以某散货船机舱为研究对象,分别对多层几何结构、无通风管路的多层几何结构及单层几何结构进行计算,其几何结构如图2所示。
该船机舱长21.6 m.,宽32 m,高22.8 m,多层几何结构船舶机舱的整个空间被平台B、平台A分成区域1、区域2、区域3三个部分。区域1中部设有1台柴油机,区域2前部设有3台主柴油机发电机组,在B甲板的上部分别安装4台风机,并通过通风管道对舱内进行配风,其中通风管道开口面积为1 m×1 m、0.5 m×0.5 m不等,并分别在A、B平台右侧壁面上开有2个、1个舱门。舱内主要设备参数及边界设置如表1所示。无通风管路多层几何结构中通风仅通过风机口进行通风,单层几何结构中平台和通风管路被忽略,这两类结构中的几何参数及设备布置与多层几何结构船舶机舱类似。
2.2 火 源
机舱发生火灾的主要原因是燃料从燃油系统泄漏出来,并在某层甲板上形成一定面积的油池,以某型号柴油为燃料,选择油池火作为火源点,并假设在底层甲板主机附近设有3.13 m×4 m×0.02 m的立方体油池。
典型油池火的一般发展过程分为燃料燃烧达到最大热释放速率、燃料消耗到不能支持最大热释放速率燃烧及燃料耗尽三个阶段。燃料燃烧达到最大热释放速率阶段按超快速型增长,其最大热释放速率通过文献确定为34 680.4 kW。
2.3 网格划分及边界条件
为减少网格单元数,针对船舶机舱结构,将机舱分为两大部分进行划分,设上甲板以下为网格1,上甲板以上为网格2,采用矩形网格,整个区域划分为108×160×84(网格1)+35×36×30(网格2),单元边长为0.1 m,共计1 489 320个网格单元。
以机舱真实对象作为边界条件,计算初始环境温度设为30 ℃,主机及柴油发电机组的表面温度设为45 ℃,舱门处采用压强自由边界,舱室壁面及舱内设备均具有传热性,其密度为7 570 kg/m3,比热容为470 J/(kg·K),导热系数随温度变化而发生变化。计算过程中,设置160 s为舱室封闭时间,1 000 s为舱室开启时间。
3 计算结果及分析
(1)速度场表示了舱内各个离散点上速度矢量场,它形象的说明了某一时刻各个离散点上质点运动方向,对氧气的输运及烟气运动等起着重要的影响作用。图3为三种结构中t=400 s时舱内y=5.0截面内速度场分布。
从图3中可看出三种结构在同等火源、同等总通风量情况下气流分布具有一定的差异。其中多层几何结构与无通风管路多层几何结构内的流场分布具有极大的相似性,两种结构内气流受热浮力的影响,同时在平台A、B及舱壁的反射及气流之间的相互作用下,在各个区域内上部形成较大涡旋,可加速燃烧区内未燃气微团与已燃气微团的化学反应,增加火焰燃烧的强度。同时平台A、B可诱发顶棚射流,促使气流流入燃烧区域,增加了氧气的输运能力。多层几何结构中间区域内受热浮力的影响,气流整体呈上升趋势,而无通风管路多层几何结构中,燃烧所需的空气较大部分直接由舱室顶部风机口补给,因此在火羽流及燃烧作用下,中心区域气流呈现部分下降趋势。然而单层几何结构中的气流分布情况较前两者相比有较大差异,受热浮力的影响,气流在整个舱室区域内上升,且在密度梯度的作用下,舱内两侧气流流入火焰区,但区域1、区域2、区域3内的气流运动强度较多层几何结构及无通风管理的多层几何结构中明显减弱,这在一定程度上对燃烧强度有一定的影响。
(2)以t=400 s时y=5.0截面为例,三种结构舱内氧气含量模拟结果表明,由于火源处于甲板底层,火焰自底部向顶部发展,使舱内上部和下部氧气浓度形成一定梯度。同时由于热烟气聚集于舱室顶部,随着烟气浓度增加,对氧气具有一定的排挤作用,促使氧气流入低浓度区域,因此造成舱内富氧区和贫氧区层次分布明显。但多层几何结构中由于平台的作用,氧气浓度在各个子区域内均自上而下降低,以氧含量值0.17为参考,则可发现三个区域中氧气体积分数存在同时存在自上而下降低趋势。而无通风管路的多层几何结构和单层几何结构中,虽贫富氧区存在明显的界限,但较多层几何结构其浓度值下降幅度偏低,较短的空间尺度内,氧气体积分数梯度值较小,易促使火势的发展。
(3)净热通量模拟结果显示,两类多层几何结构的热净通量的最高值低于单层几何结构。平台结构构成了壁面结构,因此在净热通量计算过程中,多层结构中壁面的作用起到了很大的作用,相反单层几何结构中壁面温度对结果的影响较小,造成了单层几何结构净热通量大于多层几何结构及无通风管路多层几何结构中的净热通量的最大值。
无通风管路多层几何结构中上甲板的高净热通量区域大于多层几何结构。无通风管路多层结构中由风机直接进行通风,在火羽流的作用下,火焰寻找富氧区,因此部分火焰会蔓延至舱室顶部,造成了顶部温度高于多层几何结构。
火焰前锋温度在未燃区域上的蔓延速率为火焰传播速度,从理论上讲,无论采用什么温度值作为前锋定义温度,得到的火焰传播速率应该是相等的。前锋温度为300 ℃时,三种结构中火焰传播速率模拟结果显示,在高度8 m之前(即平台A以下),三种结构中火焰传播速率曲线值几乎重合,而高度大于8 m(即平台A以上)时,三种结构中火焰传播速率曲线产生较大的差异。由于各个子区域中涡旋及密度梯度等作用,使得A平台以上的中间区域内的上升气流的强度低于单层几何结构,这也就促使了单层几何结构中火焰传播速率高于多层几何结构及无通风管路多层几何结构中的火焰传播速率。但受无通风管路多层几何结构中风机处富氧区的影响,在火羽流的作用下,其火焰传播速率略高于多层几何结构中的火焰传播速率。
4 结 论
针对典型船舶机舱结构特点提出了将同一空间划分为多层、多个子空间的结构,称之为多层几何结构,反之为单层几何结构。运用大涡模拟方法分别对多层几何结构、无通风管路的多层几何结构及单层几何结构中的火灾特性进行了并行计算研究,分析了通风和舱室结构对机舱火灾特性的影响。
(1)两类多层几何结构中的气流分布在各个子区域均产生较强的涡旋,其平台均诱发了顶棚射流的形成。多层几何结构中间区域气流呈现上升趋势,而无通风管路的多层几何结构的中间部分呈现部分下降趋势。单层几何结构中气流整体呈现上升趋势。
(2)三种结构在火灾发展过程中富氧区与贫氧区分布均较明显,但多层几何结构三个子区域中氧气浓度同时自上而下降低,而无通风管路的多层几何结构和单层几何结构中,较短的空间尺度内,氧气浓度梯度值较小。
(3)两类多层几何结构的净热通量的最高值低于单层几何结构,无通风管路多层几何结构中上甲板的高净热通量区域大于多层几何结构中的情况。
(4)舱内高度小于8 m,三种结构中火焰传播速率近似相等,舱内高度大于8 m,受气流分布的影响,三种结构中火焰传播速率有较大的差异。
参考文献
[1]陈国庆,陆守香.船舶机舱复杂空间烟气运动工程分析方法研究[J].消防科学与技术,2004,23(5):417-420.
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船舶结构力学 篇10
1.1 初始缺陷
初始缺陷的形成是由于船体结构在制作过程中采用多种冷热加工工艺引起的初始变形和焊接残余应力。初始缺陷的存在严重影响板材的极限承载能力。最大初始变形的近似计算公式为:
式中:Wop1为板材最大初始变形, σuo为极限强度, σS为材料的屈服应力, b为板格宽度, t为板格厚度, E为弹性变量。
沿Y方向上焊接的残余应力计算公式为:
式中σrcx为焊接残余应力。
在充分考虑初始缺陷的情况下, 板格极限强度的计算公式为:
式中:σu为具有初始缺陷板格的极限强度;σuo为完好板格的极限强度;Rd和Rr则分别为初始变形和残余应力引起的强度折减系数。
1.2 初始裂纹
载荷突然加大、板材局部受到撞击等人为失误或是意外加工环境变化都可能使得船体结构板材出现例似裂纹、凹陷等机械损伤, 这一类的力学损伤会造成船体承载能力的下降。
2) 带初始裂纹的加筋板极限强度分析:
a.带有初始裂纹的加筋板在失稳扩展时的极限强度计算:
式中:KC为板材料的断裂韧性, CR为加筋板裂纹尖端应力强度因子降低系数, C軍c计及加筋板加强影响的当量半裂纹长度, 可由7) 式导出:
式中:AS为加筋板的面积, n为加强筋的个数。
式中RS为初始裂纹对加筋板极限强度的折减系数。
d.焊缝开裂对板格极限强度的影响分析:由于船舶加筋板一般采用焊接工艺制作, 焊接过程中会造成或大或小的焊接缝隙, 以及由于船体在运行过程中的向上或向下使船体处于交变应力之下, 容易出现疲劳损伤出现焊接裂缝。
1.3 局部凹陷
常见的船体结构板局部缺陷形式主要有两类:
局部凹陷的基本几何参数:如图:
2 船体结构有缺陷板格敏度分析及可靠度的计算
1) 通过结构可靠度理论和使用随机有限元计算分析方法可知, 任一失效模式的安全余量MK的表达公式为:
式中:X为基本随机变量, 例如外载、屈服应力等, δ表示节点位移的向量。
2) 利用改进的一次二阶矩法 (验算点法) 可以计算出比较精确的可靠度指标值。将安全余量在验算点处进行泰勒式展开, 取线性项值, 求取安全余量的均值、方差以及可靠度指标。
3) 综合缺陷对船体结构系统的可靠性指标和设计变量的敏度分析, 结构系统的失效概率和对应的可靠性指标的关系:
式中:Pf为失效概率, βS为可靠性指标, φ (·) 为标准正态分布函数。
4) 船体综合缺陷板材的安全余量敏度计算:
通过船体结构各个板格以及结构系统各个部位板材的安全余量敏度分析, 可以得出相应的可靠度指标, 从而找到结构系统的短板, 采取针对性设计进行补救。
3 主要结论
高强度钢筋板材在现代船舶工业中发挥着重要作用, 与船舶安全性紧密相关。通过严格合理的船舶结构板缺陷极限强度分析, 得到建立有缺陷板单元安全余量, 最终得到船舶结构系统的可靠性及对可靠性指标敏度分析的方法, 这些方法对船舶结构系统的安全预测以及船舶维修、更新提供了极为重要的参考价值。
将板格的各项缺陷以及损伤形式参数化, 通过众多模拟数值的计算, 得出缺陷板格的极限强度折减系数和以损伤参数为变量的精确表达式, 从而得知缺陷板格的可靠度指标。
通过综合缺陷系统可靠性的分析方法, 广大船舶设计、制造以及使用人员可以对缺陷对系统结构的影响量化, 在设计、生产以及使用环节时刻关注综合缺陷存在对船舶性能的影响, 特别是在生产环节, 全面考虑综合缺陷的影响, 加强生产质量监督, 尽量降低综合缺陷对船舶质量的影响, 提升船舶的可靠度指标。
通过综合缺陷板元失效模式以及船舶结构系统可靠度指标的敏度分析, 可以定量分析结构系统中不同变量对系统可靠度指标的影响, 从而在设计环节优化结构元件, 提升整体结构的可靠度。
在考虑综合缺陷的情况下, 船舶结构系统的可靠度指标对缺陷的敏度明显, 远高于相同指标对屈服应力在均值点出的敏度, 显然, 仅仅依靠提升缺陷板材的屈服应力还不能解决可靠度指标下降的问题, 需要对缺陷部位进行有效修理, 才能较好的提升船舶结构系统的可靠度。
船舶结构是一个系统整体, 通过系统不同部位可靠度的敏度分析我们知道, 在结构系统出现缺陷后, 我们除了重点关注有缺陷单元之外, 还需要分析综合缺陷对缺陷单元的影响程度, 制定科学、合理以及经济的维修决策。
摘要：板是重要的船体材料。由于板加工工艺以及船舶制造工艺的影响, 板往往会出现多种缺陷, 例如初始缺陷、焊接应力残余、裂纹以及局部凹陷等, 这些缺陷的存在对船舶板结构的可靠度指标形成一定的影响。本文具分析了这些缺陷极限强度, 对含有多种缺陷板组成的结构系统可靠度行了详细分析, 通过采取一定的可靠性计算方法找出影响结构系统可靠性的薄弱板单元, 避免由于板缺陷影响船体结构的安全性、可靠性以及耐久性。
船舶结构力学 篇11
一、船舶与海洋工程结构疲劳分析的范畴
为构建合理的船舶与海洋工程结构疲劳强度本科生课程知识体系, 首先需要在总体上明确船舶与海洋工程结构疲劳分析的宏观范畴。而船舶与海洋工程结构疲劳分析的范畴必然远远大于本科生课程知识的范畴。当对整体的船舶与海洋工程结构疲劳分析有了明确的概念后, 才能根据本科生的特点, 构建相应的知识体系。结构疲劳破坏过程一般可划分为三个阶段:裂纹的萌生阶段、裂纹的稳定扩展阶段以及最后的断裂阶段。目前的疲劳分析方法大都是建立在宏观分析的层次上的。在这个层次上, 疲劳分析方法主要可以分成两类:一是基于S-N曲线和Miner线性累积损伤准则的疲劳累积损伤方法 (即通常所称的S-N曲线方法) , 二是基于裂纹扩展法则的断裂力学方法 (即通常所称的断裂力学方法) 。S-N曲线方法的基础是S-N曲线及累积损伤理论, S-N曲线表示了构件的寿命与所受的各级应力范围水平之间的关系, 对于多级应力范围水平连续作用时, 一般按照线性累积损伤理论进行疲劳累积损伤的计算。这种受应力范围水平控制的疲劳一般称为应力疲劳, 然而, 工程上也有许多构件, 在其整个服役期间内, 构件所经历的循环载荷次数并不多, 但载荷水平却较高 (超过屈服应力) , 寿命短, 这种疲劳问题, 通常称为应变疲劳或低周疲劳。断裂力学假设在材料和结构中存在裂纹, 又分为线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学, 应力强度因子K和J积分等断裂参数可用于描述裂纹尖端附近的应力和应变特性。线弹性力学从应力强度因子和能量释放率两方面描述含裂纹体的力学行为, 所提出的断裂准则实际上是传统强度理论的补充和革新。线弹性断裂力学进一步还扩充到了预测含裂纹体在交变载荷下的疲劳裂纹扩展行为, 从而可以完成对结构从初始裂纹扩展到临界裂纹尺寸时的疲劳寿命的计算。弹塑性断裂力学要考虑材料非线性效应, 主要的理论有裂纹张开位移 (COD) 理论和J积分理论等。通过上面的分析可知, 宏观上的疲劳分析方法主要有S-N曲线方法和断裂力学方法两个大的方面, 以上两种方法又各自具有不同的体系和理论脉络。船舶与海洋工程结构疲劳分析本科生课程体系应该在这两种理论体系下展开。
二、船舶结构疲劳评估方法的工程应用
船舶结构尺寸是基于相关规范进行设计的。船舶规范是相关船舶运营经验和理论分析方法相互结合的产物。船舶结构的疲劳强度分析方法或者分析流程与步骤, 规范中也做了相应的规定。从本科生学习和工作的角度而言, 掌握规范的疲劳分析流程和方法是十分必要的。目前, 船舶与海洋结构物疲劳分析规范的基本理论主要是基于S-N曲线的线性累积损伤的方法。如果只考虑到对规范的学习和掌握, 仅开展有关S-N曲线方法知识的讲述是合适的。但是从掌握船舶与海洋结构疲劳分析有关知识的全面性来考查, 我们认为既要涉及S-N曲线方法也要涉及断裂力学方法, 但是应该将S-N曲线方法进行重点而详细的探讨, 进而将该方法拓展至在船舶与海洋结构疲劳分析中的应用, 而对于断裂力学方法进行必要的概念性、基本方法的简要介绍即可。
三、本科生知识体系的构建
(一) 理论系统脉络要清晰
首先应建立疲劳的基本概念并明确疲劳问题的特点, 在此基础上展开讨论给出疲劳分析的基本方法, 主要包括S-N曲线方法和断裂力学方法, 并对疲劳分析的S-N曲线方法和断裂力学方法分别进行探讨。S-N曲线的方法主要涉及到S-N曲线的概念、物理意义、表达形式以及影响S-N曲线的有关因素, 包括平均应力、载荷形式、尺度效应等。对于受到不同水平应力范围作用的结构疲劳问题, 一般应用累积损伤的方法进行分析计算, 其中最为重要的亦是应用最为广泛的就是迈纳 (Miner) 线性累积损伤理论。对于随机载荷情况, 需要对载荷时间历程进行计数, 物理意义明确, 应用广泛的雨流计数方法应该作为重点内容。由于裂纹的存在, 结构或构件的强度不可避免地要受到削弱。在使用载荷、腐蚀环境或此二者共同的作用下, 结构中存在的裂纹一般还将扩展, 裂纹的尺寸也将随着使用时间的增加而不断增长。因此, 随着使用时间的增加, 裂纹尺寸的增长, 结构或构件的剩余强度也将随之下降。若使用中出现较大的偶然载荷, 剩余强度不足以承受此载荷, 则结构或构件将发生断裂破坏。若在正常载荷下工作, 不出现意外的高载荷, 则裂纹将持续扩展, 剩余强度不断降低, 直到最后在正常的工作载荷下发生断裂。因此, 我们需要回答下述问题:控制含裂纹结构或构件是否发生破坏的力学参数是什么?怎样建立断裂破坏的力学判据?剩余强度与裂纹尺寸的定量关系是如何表达的?裂纹是如何不断发生扩展的?裂纹从某一个初始尺寸增长到发生破坏所对应的临界裂纹尺寸, 如何计算其扩展寿命?结构中可以允许存在多大尺寸的初始裂纹?如何确定临界裂纹尺寸?为保证结构的安全使用, 在日常应如何科学合理地安排检测维修?等等。我们认为船舶与海洋工程结构疲劳本科生知识点仅涵盖线弹性断裂力学即可, 可以不涉及弹塑性断裂的知识。
(二) 突出与规范相结合的S-N曲线方法
对于船舶与海洋工程专业本科生而言, S-N曲线方法仍然是相对重要的知识, 因为目前船舶与海洋工程结构领域内有关规范的疲劳分析方法仍然主要是S-N曲线的线性累积损伤方法, 所以需加以重点论述。同时, 应特别注意船舶与海洋工程疲劳分析理论与疲劳规范有关的累积损伤计算公式的关系, 即规范的公式可由线性累积损伤理论推导得出。明白了理论的推导, 也能更好地与规范相结合, 便于规范的理解与应用。例如, 按Miner线性累积损伤理论, 当疲劳载荷是用相应于一定时间内的连续概率密度函数表示时, 疲劳累积损伤度的计算可写为,
式中, S为应力范围水平, 为应力范围分布的连续概率密度函数, N为在应力范围水平S的单一循环载荷作用下的寿命, NL为所考虑的整个时间期间内应力范围水平的总循环次数, dn=NLfS (S) d S为落在区间[S, S+d S]内的应力范围循环次数, 为对所考虑的整个使用时间的积分。
将应力范围S的长期分布的表达式, 见式 (2) 及代入式 (1)
式中, q称为尺度参数, h称为形状参数。得到相应的疲劳损伤计算式
式中, m, A为S-N曲线参数, Γ () 为伽玛函数。
式 (3) 即为规范中计算累积损伤的基本公式, 在规范中是直接给出的, 并没有推导过程。通过相关的疲劳理论推导, 给出了公式的来龙去脉, 使学生能更好地掌握疲劳理论, 也能将其与实际工程分析相结合。
(三) 工程案例分析
疲劳分析的根本目的是工程设计和工程应用, 因此, 结合规范的疲劳分析方法, 使学生掌握该分析方法是船舶与海洋工程专业本科生的基本要求之一。这一目标可以通过布置相应的大作业, 要求学生根据规范完成实际船舶的疲劳校核来实现。通过实船的疲劳分析, 学生可以明白船舶结构疲劳校核的关键部位, 并进一步深化理解船舶结构疲劳分析的主要的计算流程:疲劳载荷的计算;各应力范围分量的计算;应力集中系数的确定;疲劳应力范围的合成;疲劳累积损伤的计算及衡准。通过疲劳分析理论与工程实际的结合, 真正地实现了学以致用, 对理论方法的理解得以深化, 工程实际的动手能力、分析问题的能力也得到了增强。
四、展望
我们根据自己的教学和科研工作经验, 对《船舶与海洋工程结构疲劳强度》本科生课程知识体系进行了初步的分析与研究, 构建了船舶与海洋工程专业本科生课程《船舶与海洋工程结构疲劳强度》的知识体系。而船舶与海洋工程结构疲劳分析也是一个不断发展变化的研究热点, 必将有一些创新的成果被人们认识。所以, 船舶与海洋工程专业本科生课程《船舶与海洋工程结构疲劳强度》的知识体系, 是一个开放的体系, 有待不断更新, 不断完善。
参考文献
[1]支庆庆, 贺竹梅.遗传学知识体系构建的思考[J].高校生物学教学研究 (电子版) , 2013, 3 (1) :7–11.