KR Webzine Vol.106

1. 序论

随着集装箱船的大型化，船厂及船东对船体水弹性响应的关注度越来越高，相关的分析要求也在不断增加。其中由砰击引起的颤振影响将在IACS UR S11A的最终强度计算时考虑进去，KR于2017年发行了与此相关的“考虑颤振的集装箱船的强度评估指南”并根据流程在评估集装箱船的最终强度计算时考虑颤振的影响。

大型集装箱船的水弹性响应会随着船舶长度及船体中心断面设计等刚性变化会有所不同。本次研究中为了评估随着集装箱船的大型化导致设计因素变化带来的颤振影响，而根据指南的流程分析不同的集装箱船的水弹性响应并评估颤振影响来分析其倾向。

 

2. 模型及模式分析

 

水弹性分析中使用的模型根据集装箱船的大小选取了6艘。其中3艘是One Island 船舶，其他3艘是Twin Island船舶。为了确认模型的动态特性进行了模式分析，如表1所示是对6艘集装箱船的模式分析结果。

 

Name	3次元线型模型 (Dry条件)		3次元线型模型 (Wet条件)		梁理论模型 (Dry条件)
	VB (Hz)	T (Hz)	VB (Hz)	T (Hz)	VB (Hz)	T (Hz)
A	0.575	0.358	0.413	0.318	0.566	0.359
B	0.603	0.386	0.471	0.352	0.614	0.385
C	0.595	0.378	0.462	0.351	0.614	0.397
D	0.588	0.333	0.462	0.313	0.613	0.326
E	0.654	0.390	0.521	0.367	0.677	0.389
F	0.627	0.357	0.489	0.335	0.638	0.343

 *VB = Vertical Bending, T= Torsion

 

图1表示的是One Island和 Twin Island的1次纵向弯曲模式的形象。

 

图1 船舶的纵向弯曲模式形象

 

3. 分析流程

 

 根据指南的评估流程适用设计海况接近法进行了评估。图2表示的是设计海况接近法的分析流程

 

图2 设计海况接近法

 

4. 分析条件

  4.1 选定海况

  对6艘集装箱船进行长期短期分析，选定了在船舶设计寿命期间可以遭遇的最大极限载荷计算中做最大贡献的

  海况。图3表示的是长期值计算的贡献度分布。

 

图3 长期值贡献度分布

 

  4.2 时间分析条件

  利用生成的模型和选定的海况，表2是为了进行时间领域上的水弹性分析的分析条件

 

项目	内容
Speed	5knot
Heading Angle	Head Sea
Simulation time	3Hr
Time Step	0.025 sec
Wave Spectrum	P-M Spectrum
Nonlinear Computation	Weakly nonlinear
Slamming Model	Generalized Wager Model

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. 分析结果

 

确认了One Island船舶的颤振影响增加了大约17%~18%。虽然随着船舶大小没有太大的差异，但是可以确认的是随着船长的增大颤振带来的影响也呈现增加的趋势。相反Twin Island船舶随着集装箱船的大小变化变化量达到了12%~20%。

 

6. 颤振影响倾向分析

 

以6艘集装箱船为基准为了分析颤振影响的倾向，根据分析流程选取了各阶段主要因素。预计影响船舶振动的船舶刚性和排水量还有纵向弯曲模式的切点位置为主要因素组成了下列关系式。

 

Whipping Contribution = Stiffness Term / Displacement Term + VBM Mode Term +

Correction constant

关系式式在振动观点上组成的，以刚性和质量的关系加上纵向弯曲模式的切点关系和修订系数的方式组成。表3表示的是关系式各项目所求值。

 

  

图4表示的是通过适用设计海况接近法的结果和倾向分析得到的各项目内容计算的结果。

 

图4 根据设计海况接近法和倾向分析的经验式比较

 

7. 结论

 

KR是根据考虑颤振的集装箱船强度评估指南的评估流程计算大型集装箱船的颤振影响。总共了解了对6艘的颤振影响的水准，还了解到了One, Twin Island根据不同大小颤振影响的变化程度。

 

One Island船舶预测到了20%以内的颤振影响，并且随着船舶大小没有太大差异。随着集装箱船的超大型化开始适用的Twin Island船舶，在目前生产的大小中预测了25%以内的颤振影响，并且差异比较明显，并且预计随着大型化影响会有所减少。

 

最后分析颤振影响结果了解了各种主要因素的倾向，并将此经验化与分析结果进行比较，进行了集装箱船的初期颤振影响评估。