KR Webzine Vol.102

近年来随着世界贸易的发展和载重吨的增加，集装箱船的规模变得越来越大。总结来说在不改变大型集装箱船航速的前提下为了装载更多的货物，将Bow Flare(船艏区域)和Stern area (船尾区域)设计的越来越宽。但是船艏Flare和船尾Stern会增加砰击现象的概率和范围，会加重砰击效果带来的危害。并且砰击引起的颤振会造成船舶的结构性损伤，因此当大型集装箱船收到砰击压力时需要考虑其动态响应。

对于非线性响应的载荷不同于静态分析，具有瞬间冲击消失的特性，因此要进行砰击分析，对冲击载荷下的结构变化进行评估，完成恰当的设计。

本次研究是以树立并评估集装箱船的砰击分析规程为目的进行的。图1中说明了砰击载荷及强度评估各种各样的方法。

图1. 砰击载荷及结构强度评估方法

第一种方法是像船艏船底，船艏外张砰击及船尾砰击的冲击载荷的结构响应会依赖载荷面积和载荷大小。砰击压力使用船级社规范进行计算，结构强度或部材的尺寸会根据砰击压力计算。第二种方法是使用Eulerian – Lagrangian Method中 Two-way coupling方法计算砰击压力和机构强度。这种方法为了进行数值分析需要大量的分析时间和费用。

对于第三种方法，韩国船级社目前正在进行砰击载荷压力下计算集装箱船动态响应的研究。此方法是采用的是One-way coupling，非线性动态分析则使用LS-DYNA软件进行的。图2是进行动态砰击分析的详细流程。

图2. 砰击分析详细流程

将Nastran Format模型转换为LS-DYNA Format进行非线性分析，通过STAR-CCM+软件计算的砰击压力Nastran Format中PLOAD4型式导出，当做结构模型的载荷使用，不同时间的载荷转换成LS-DYNA再使用。非线性动态分析的结果是将应力，变形率，等结果按照不同时间导出，用来评估屈服及挫屈的标准。

图3 (a)(b)分别表示在CFD分析中导出特定时间段的压力载荷映射到结构模型上的例子和在特定时间段中砰击压力因素的应力。

(a) 特定时间段中映射到Side shell因素上的砰击压力

(b) 特定时间段中由砰击压力引起的因素的应力响应

本次研究中结合了砰击载荷的数值预测和有限元分析方法计算了结构物的动态响应。此分析流程可以精确的预测砰击载荷导致的船舶实际结构变化，为了更加明确评估方法，正在不断进行更多的研究。

通过本次研究开发的流程将在不同的造船工程领域灵活运用，对砰击的设计方面也会有所贡献。