基于HCSR規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

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

1 不同國際規范船體破損程度

船體損傷程度計算分為概率預報方法和確定性規范方法，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規范，DNV船級社在船體破損（擱淺和碰撞工況）扣除承載結構均較ABS規范嚴格，雙層底在擱淺時完全穿透，而舷側碰撞時單側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結構共同規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系數，其中波浪系數

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，按規范校核，船體梁剖面結構承載極限彎矩滿足：

并且滿足：

船舶結構剩余強度在不同工況下各相關系數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構如下頁圖3所示，材料屈服應力為313.6 MPa，由ABS和DNV定義的破損工況，對比協調共同規范HCSR標準，計算結果如表1所示。

圖3 雙殼超大型油船剖面結構（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進行結構極限強度計算，采用非線性弧長法，破損后該雙殼油船剖面應力分布云圖見圖 4、圖 5。

由圖4可知雙層底的外底中部產生較大應力，板和加強筋局部屈曲失效且主要發生在擱淺扣除和舷側連接處；由圖5可知，雙殼油船雙舷側頂部板架屈曲失效，甲板產生變形較大，加強筋側傾，由碰撞后船體梁剖面結構不對稱引起。

按HCSR結構共同規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以上，滿足設計強度要求。

圖4 擱淺工況

圖5 碰撞工況

表2 承載能力校核結果

4 結論

1）船體結構破損在規范HCSR下安全性校核較為嚴格；

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滿足規范強度要求。