船舶模型在波浪下的崩溃数值仿真及试验

刘维勤, 黄 宇, 王绪明, 宋学敏

(武汉理工大学 a.交通学院； b.教育部高性能船舶技术重点实验室；c.国家水运安全工程技术研究中心， 武汉 430063)

船舶在海洋中航行时会遭遇大波浪，从而导致船舶结构发生断裂，引发海损事故，造成大量的财产损失和人员伤亡。海上大波浪是真实存在的，HAYER等[1]在北海的Draupner海洋平台上监测到了极端波的存在，监测数据表明，极端波的波高可达25.63 m。KHARIF等[2]列举了1969—1994年全球因极端波导致的22起船舶事故，导致525人伤亡。MÜLLER等[3]记录挪威籍油船“威尔斯特号”在南非海域被一个极端波严重毁坏，艏部严重破损，舯部结构严重断裂。

船舶结构遭遇大波浪时的动态强度问题已引起国内外诸多学者的注意。LIU等[4]采用一个非线性的切片理论程序计算集装箱船在极端波中的波浪载荷，并将波浪载荷载入到非线性动态有限元模型中，结合静态非线性有限元计算出动态的垂向弯矩(Nertical Bending Moment, VBM)和舯部的转角。PEI等[5]提出一个结合波浪载荷与理想单元法的极限强度评估系统，可得到舯部的结构崩溃响应。PEI等[6]采用奇点分布和理想单元法分析双层底散货船在隔舱装载工况下的船体强度。目前，这些数值计算方法的有效性还没有经过试验验证。LIU等[7]进行了单波下的屈曲铰船模试验，研究极端单波下的船体结构崩溃响应和舯部的大变形，但缺乏相应的数值计算。XU等[8]设计了一个水弹塑性模型试验，将塑性铰连接2个船体，得到波浪的遭遇弯矩与极限强度的关系，但在试验中并未考虑波击或砰击产生的振动影响。……