薛 林

(广船国际技术中心)

海北线客滚船波浪载荷直接计算方法

薛 林

(广船国际技术中心)

本文以海北线客滚船为例，对其波浪载荷进行直接计算。该船型深与宽度比值超过了规范要求值，按照船级社规范要求，对于尺度比超过规范许用值的船舶，用于强度分析的波浪载荷，需要按照要求进行直接计算得到。

波浪载荷 直接计算

0 概述

依据CCS《国内航行海船建造规范2014综合文本》，对于具有以下一个或多个特征的船舶，应采用直接计算法确定。L/B〈=5 B/D〉=2.5 L〉=500m Cb〈0.6

1 船舶主尺度

海北线客滚船主尺度为：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,故本船波浪弯矩与剪力需采用直接计算确定。

2 波浪载荷计算

本计算采用CCS中国船级社船舶与海洋工程线性波浪载荷直接计算软COMPASSWALCS-BASIC。该软件为三维波浪载荷计算软件，适用于三维无航速浮体及常规航速船舶的运动响应及波浪载荷计算。

2.1 坐标系统

图2 水动力模型

COMPASS-WALCS-BASIC 采用如下坐标系统：X 轴指向船艏；Y 轴指向右舷；Z 轴垂直向上。

2.2 船舶运动

COMPASS-WALCS-BASIC 中的船舶运动参考坐标系为动坐标系，即原点在重心处，船舶六自由度运动和坐标系见图1。

图1 船舶六自由度运动示意图

2.3 水动力模型

本船水动力模型网格使用MSC-patran生成，将产生的.bdf文件导入COMPASS中，水动力模型见图2。

2.4 计算剖面

波浪载荷计算剖面见表1。

2.5 其他参数

水密度：1.025t/m3工作水深：100 m计算航速： 0 kn浪向角：起始角 0°，终止角180°，角度间隔15°；

波浪频率：起始频率0.1rad/s，终止频率1.5rad/s，频率间隔0.1rad/s；

首吃水：5.4m 尾吃水：5.4m;

采用临界阻尼法，临界阻尼系数取0.05；

3 剖面载荷结果

规则波中的各剖面垂向剪力与弯矩的响应，见图3-图9。

4 剖面载荷长期预报

4.1 波浪谱

波浪谱采用ISSC双参数谱，波浪形式采用长峰波，扩散函数取为2/πcosΘ2；海浪统计资料采用西北太平洋海浪长期分布，见表2。

表1 计算剖面位置

图3 0°浪向角下弯矩与剪力响应

图4 30°浪向角下弯矩与剪力响应

图5 60°浪向角下弯矩与剪力响应

图6 90°浪向角下弯矩与剪力响应

图7 120°浪向角下弯矩与剪力响应

图8 150°浪向角下弯矩与剪力响应

图9 180°浪向角下弯矩与剪力响应

表2 西北太平洋海浪长期分布

4.2 环境概率参数

航速概率取1；

浪向概率：0度与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 剖面剪力预报结果，见图10

图10 剖面剪力长期预报

4.4 剖面弯矩预报结果，见图11

4.5 剖面载荷非线性修正

4.5.1 波浪弯矩修正

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

计算得到的波浪弯矩分布曲线（含规范值）见图12。

4.5.2 波浪剪力修正

Fwv,max=11336.96 KNFw(+)=Fnl,1*Fwv,max Fw(-)=Fnl,2*Fwv,max计算得到的波浪剪力分布曲线（含规范值）见图13。

图11 剖面弯矩长期预报

图12 波浪弯矩分布

图13 波浪剪力分布

5 结束语

本船直接计算所得波浪垂向弯矩小于规范要求的最小值，进行船体结构强度分析时，设计垂向波浪弯矩采用规范要求值；本船直接计算所得波浪垂向剪力大于规范要求的最小值，进行船体结构强度分析时，设计垂向波浪剪力采用直接计算所得值；直接计算所得的波浪载荷，注意对波浪载荷进行非线性修正。

[1] 戴仰山，沈进威，宋竞正.船舶波浪载荷. 北京.国防工业出版社.2007

[2] 中国船级社.中国船级社船舶与海洋工程线性波浪载荷直接计算软件使用手册.北京.2013

10.3969/j.issn.2095-4506.2016.04.011

2016-6-14）

薛 林（1985--），男，工程师，船体结构研发。