船舶與海洋工程的案例
船舶與海洋工程結構極限強度分析
【摘要】本文主要分析了船舶與海洋工程結構的極限強度，探討了在船舶與海洋工程中，結構強度方面需要關注的要點，希望通過論述，可以為船舶與海洋工程相關人員研究結構強度提供參考。
【關鍵詞】船舶；海洋工程；結構；強度
中圖分類號：F407文獻標識碼： A
一、前言
目前，對船舶與海洋工程結構極限強度的研究還較少，小部分的研究也局限于研究一般性的結構強度，因此，分析船舶與海洋工程結構極限強度非常有必要，這是進一步了解其結構強度的必要工作。
二、船體結構極限強度概述
船舶與海洋工程結構物在其全壽命周期內可能遭受各種各樣的載荷和變形，包括常規載荷、極限載荷或意外載荷。所以，在結構設計中應充分考慮這一因素，要更合理地考慮其安全性。
傳統的船舶設計是采用許用應力設計法(ASD法)，即在線彈性理論基礎上，船體總縱強度是通過甲板(或船底處)的彈性應力與許用應力比較來進行評估，許用應力通常取為材料屈服強度的若干百分數。這種方法與名義垂向波浪彎矩一起使用時，對于常規船型具有一定的有效性。然而，并不能使人們獲得清晰的船體強度的概念，更不能真實反映出船體結構的實際破壞的全過程。因此，ASD應用于非常規船型設汁是不能令人滿意的。
總縱彎曲下的船體損壞實質上是一個漸進的過程。當船體梁斷面上某一個最弱的構件因屈服、屈曲或兩者的某種組合發生損壞而不能有效承擔載荷時，將使船體剛度減少，但由于其他構件仍可承載，包括失效構件轉嫁來的載荷，因此船體梁仍能承載。基于船體結構極限強度所確立的“限制狀態”設計方法，比線彈性設計方法增加了安全性和經濟性。極限強度的影響參數研究對于估算船體結構的可靠性是必要的。對于像船體這樣復雜的結構，在確定設計衡準和所期望的統計中，所需的大量經驗數據不可能輕易地獲得。
展開 我國高品質船舶、海洋工程用鋼研究進展
引言
21世紀是海洋的世紀 , 我國的海洋工程與船舶工業取得了突破性的進展產業規模大幅增大 , 產品質量得到多方認可 , 在國際中占有重要的地位。隨著船舶、海洋工程的迅速發展 , 鋼鐵作為船舶與海洋工程的主要結構 , 其研發水平和生產能力也在不斷提，而船舶和海洋工程結構物的使用環境一般比較惡劣 , 在服役中會受到海水、海泥和海洋大氣的攻擊 , 不同區域的腐蝕特征差異也比較大 , 因此船舶與海洋工程用鋼應具有較高的綜合性能 , 如優異的塑性、沖擊韌性、可焊接性及耐腐蝕性。
目前 , 我國船舶與海洋工程用鋼已能滿足國內市場的大部分需求 , 但部分高級別的特種鋼材仍依賴進口 , 主要是具有高強度、抗層狀撕裂、大熱輸入量焊接、超低溫韌性、高止裂等性能的鋼板 , 其生產工藝十分嚴格 , 對設備要求高 , 開發難度大。為此 , 急需開發一系列高品質船舶及海洋工程用鋼 , 進一步推進我國船舶和海洋工程業的發展。
本文從船舶、海洋工程用鋼的基本性能要求出發 , 對典型海洋環境用鋼的研發現狀進行分析 , 指出了我國在耐海水腐蝕用鋼以及大熱輸入量焊接用鋼方面與國外存在的差距 , 并對我國研發新型船用鋼提出建議。
1船舶、海洋工程用鋼基本要求
1.1高強度和高韌性
高強度和高韌性是船舶和海洋工程用鋼要達到的基本要求 , 而隨著運輸和勘探等行業對船體和海洋工程結構安全性要求的不斷提高 , 船舶和海洋工程用鋼板的強度和質量等級也在逐步提高。20 世紀 90 年代起 , 日本和歐洲率先開發出屈服強度為 390MPa 級的熱機械 控 制 工 藝型高強船板 （YP40K）， 主要用在船體受應力比較大的舷側舷緣頂板和強力甲板上。
展開 News ▎RecurDyn亮相第八屆全國船舶與海洋工程CFD會議
“全國船舶與海洋工程CFD會議”是我國船舶與海洋工程領域科技工作者的學術交流平臺。會議充分發揮行業平臺的作用與優勢、整合行業優秀專家資源、傾力打造船舶與海洋工程CFD領域具有代表性和影響力的行業學術會議品牌。
第八屆全國船舶與海洋工程CFD會議于2023年11月10-13日在哈爾濱工程大學隆重召開。來自中國科學院大學、清華大學、西北工業大學、中山大學、香港理工大學、澳門大學、中船集團等高等院校、科研院所及企業的430余位代表共聚一堂，深入交流計算流體力學技術在船舶與海洋工程領域應用的最新技術成果，共同為我國船舶與海洋工程裝備與技術的發展貢獻智慧和力量。
擬創科技作為贊助企業，攜多體動力學仿真軟件RecurDyn和粒子法流體軟件Particleworks亮相會議，其船舶相關CFD專業多體和流體動力學聯合仿真案例受到參會嘉賓的熱切關注。在擬創科技的展位，參會嘉賓和擬創科技工作人員熱切交流，積極探討。
在智能流體力學及應用分會場，山東大學朱向前教授做了《深海近底拖曳式多道地震水聲陣列形態優化方法研究》的演講。朱向前教授的主要研究方向為復雜機械系統設計；工況載荷辨識及數據處理；水下細長結構動力學建模方法；多物理場聯合仿真技術及多體動力學軟件開發等。從深海近地拖曳式多道地震探測系統出發，講述了研究背景。然后又展示了優化仿真模型，主要包括使用RecurDyn和Particleworks聯合仿真工具在處理拖體，拖曳繩等。最后，朱向前教授對深拖多道地震探測系統未來可能的發展情況進行了總結。
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精通各類船舶與海洋工程水動力分析軟件，aqwa、orcaflex、Moses、wamit等
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展開 船舶與海洋工程中鋼管的應用
船舶與海洋工程中鋼管的應用
我國造船業在國民經濟發展中占有極其重要的位置。曾有人研究過，在116個行業中，造船業的產品涉及了97個行業，占87%。諸如冶金、材料、機械、微電子、電氣、化工、五金、輕紡、裝潢等，拉動成千上萬家企業的發展。據相關資料顯示，造船業中每建造1載重噸，可解決上游3000個勞動崗位。造船業凝聚了人們的睿智與辛勤勞動，是國家綜合國力的象征。特別是大型船舶和新型海洋工程的自主研制，更是衡量一個國家能否躋身于世界海洋大國的標準。
海洋工程中鋼管應用情況
鋼管在海洋工程中的應用十分普遍。船舶與海洋工程兩大體系中大致需求三種類型的鋼管：常規系統中的鋼管、構造中用的鋼管和特殊用途的鋼管。
1.常規系統中的鋼管
不同的船舶與海洋工程，既有常規系統，又有專用系統。
船舶使用壽命一般為20年。常規系統甚多，主要有艙底水、壓載、疏排水、生活污水、空氣、測量、注入、生活用水、消防、貨油、掃艙、透氣、惰氣、加熱、洗艙、泡沫滅火、灑水、蒸發氣、液位遙測、閥門遙控等系統，特種船舶還包括運輸液化石油氣(LPG)、液化天然氣(LNG)等專用系統。海洋工程的使用壽命長達30年，甚至更長。海洋工程中除常規系統之外，還有特殊的鉆采設備系統、原油/液化石油氣/液化天然氣處理的流程系統、特殊的系泊系統、火炬系統，等等。
曾有人統計過，船舶類的管材年消耗量達450萬噸，約44萬根，其標準是GB、YB、CB，其中70%的鋼管之間用法蘭連接。僅一艘30萬噸級的超大型油船管材用量可達數十公里，僅鋼管用量(包括不銹鋼管)就有1500噸左右，當然相對于4萬噸的船體結構用量還是有限的。另外，考慮到同一種船舶，要建造多艘，還有許多其他船舶，這樣累計用量也就不少。而一艘30萬噸級超大型FPSO管材數量超過3萬根，長度超過90公里，是同噸位級別的2～3倍。
展開 FLOW3D船舶與海洋工程解決方案
申請關于船舶和海洋工程的詳細技術資料：申請技術資料
網絡課 | ANSYS船舶海洋工程領域仿真解決方案
4、課程內容
1
船舶海洋工程仿真背景概述
2
ANSYS在船舶海洋工程領域的仿真解決方案
3
ANSYS結構產品功能與Aqwa水動力分析功能特點
4
Aqwa與Mechanical耦合仿真計算波浪載荷作用下船體受力變形分析流程
5、課程收獲
●了解到仿真軟件可為海工結構設計提供哪些工況類型分析；
●針對具體的應用場景該選用ANSYS中的什么分析模塊以及采用怎樣的仿真技術路線；
●基本掌握Aqwa與Mechanical耦合仿真計算方法。
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來源于：陽普科技sunpro
數值水池及其在船舶與海洋工程中的應用
0數值水池及其在船舶與海洋工程中的應用.pdf
船舶及海洋工程用鋼發展史
當前國外海洋工程用鋼生產主要具有以下特點：
（1） 品種的多功能化：海洋平臺用鋼板都可成系列供貨，如高強鋼板、大線能量焊接鋼板、低溫及耐海水腐蝕鋼板等系列品種，實現了全系列供貨；
（2） 焊接熱影響區韌化技術：國外鋼鐵企業都開發了自己獨有的焊接熱影響區韌化技術，如JFE 公司的 JFE-EWEL技術和新日鐵公司的HTUFF 技術等；
（3） 形成企業獨有的標準：國外鋼鐵企業除能按通用的標準生產海洋平臺用鋼板外， 還形成了性能要求更加嚴格、應用環境更加特殊的企業標準；
（4） 實施專利保護戰略：國外鋼鐵企業積極進行海洋平臺用鋼的國際專利布局， 特別重視在中國申請專利， 意圖對我國鋼鐵企業形成技術壁壘，達到降低我國海洋平臺用鋼競爭力的目的。
2.國內研究現狀
船舶用鋼主要是船體結構用鋼板，經過多年的發展，我國已經建立了比較完備的船舶與海工用鋼體系，并以相關規范及國家標準的形式頒布，主要包括CCS船級社規范和GB712《船舶及海洋工程用鋼》，鋼級涵蓋了早期大型船體采用的一般強度鋼和現在海工設備常采用的焊接結構用超高強度鋼，如表1所示[1,2]。
表1 船舶及海工用鋼
由于船舶與海工用鋼需要取得船級社的認證才能生產使用，雖然船級社標準中涵蓋了這40個鋼級，但不同的鋼鐵企業通過認證級別不同，如表2所示。
表2 我國超高強鋼的認證
我國開發海洋石油起步比較晚，到20世紀80年代才建成自己的海洋石油平臺。目前我國海洋平臺主要使用屈服強度為355～460MPa的D，E及F級鋼板，基本實現國產化。
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當前國外海洋工程用鋼生產主要具有以下特點：
（1） 品種的多功能化：海洋平臺用鋼板都可成系列供貨，如高強鋼板、大線能量焊接鋼板、低溫及耐海水腐蝕鋼板等系列品種，實現了全系列供貨；
（2） 焊接熱影響區韌化技術：國外鋼鐵企業都開發了自己獨有的焊接熱影響區韌化技術，如JFE 公司的 JFE-EWEL技術和新日鐵公司的HTUFF 技術等；
（3） 形成企業獨有的標準：國外鋼鐵企業除能按通用的標準生產海洋平臺用鋼板外， 還形成了性能要求更加嚴格、應用環境更加特殊的企業標準；
（4） 實施專利保護戰略：國外鋼鐵企業積極進行海洋平臺用鋼的國際專利布局， 特別重視在中國申請專利， 意圖對我國鋼鐵企業形成技術壁壘，達到降低我國海洋平臺用鋼競爭力的目的。
2.國內研究現狀
船舶用鋼主要是船體結構用鋼板，經過多年的發展，我國已經建立了比較完備的船舶與海工用鋼體系，并以相關規范及國家標準的形式頒布，主要包括CCS船級社規范和GB712《船舶及海洋工程用鋼》，鋼級涵蓋了早期大型船體采用的一般強度鋼和現在海工設備常采用的焊接結構用超高強度鋼，如表1所示[1,2]。
表1 船舶及海工用鋼
由于船舶與海工用鋼需要取得船級社的認證才能生產使用，雖然船級社標準中涵蓋了這40個鋼級，但不同的鋼鐵企業通過認證級別不同，如表2所示。
表2 我國超高強鋼的認證
我國開發海洋石油起步比較晚，到20世紀80年代才建成自己的海洋石油平臺。目前我國海洋平臺主要使用屈服強度為355～460MPa的D，E及F級鋼板，基本實現國產化。
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海洋工程結構與船舶的腐蝕防護——現狀與趨勢
如果沒有有效的腐蝕防護措施, 海洋工程設施在幾年內就會因腐蝕而嚴重破壞。因此, 認識海洋腐蝕防護的重要性, 并大力發展海洋工程設施專用防腐材料, 推進海洋工程設施的全壽命周期維護, 具有極其重要的經濟價值和社會意義。然而, 我國海洋工程的防腐措施薄弱, 亟需加強腐蝕保護。
3海洋腐蝕防護技術的研究進展與發展趨勢
海洋工程構筑物大致分為: 海岸工程 ( 鋼結構、鋼筋混凝土) 、近海工程 ( 海洋平臺、鉆井、采油、儲運) 、深海工程 (海洋平臺、鉆井、采油、儲運) 、海水淡化、艦船 ( 船體、壓載艙、水線以上) , 簡稱為船舶與海洋工程結構。船舶與海洋工程結構的主要失效形式包括: 均勻腐蝕、點蝕、應力腐蝕、腐蝕疲勞、腐蝕/磨損、海生物 (宏生物) 污損、微生物腐蝕、H2S與CO2腐蝕等等。控制船舶和海洋工程結構失效的主要措施包括: 涂料 (涂層) 、耐腐蝕材料、表面處理與改性、電化學保護 ( 犧牲陽極、外加電流陰極保護) 、緩蝕劑、結構健康監測與檢測、安全評價與可靠性分析及壽命評估。
展開 網絡課 | ANSYS船舶海洋工程領域仿真解決方案
海工結構的破壞將危害到人員的生命，裝置、設備、財產的損傷，甚至可能引起海洋環境的污染。在深海高強度壓力、海洋環境溫度差異性、颶風、大浪、樁基相互作用等復雜海洋環境載荷作用下，海工結構可能存在疲勞、屈曲、腐蝕、沖擊損傷等失效形式。
ANSYS作為工程仿真領域的領導者，在海工領域擁有完整的仿真解決方案和大量的企業應用案例，可為海工結構設計提供重要理論指導。
1、課程時間
12月30日（15:00-16:30）
2、適用人群
船舶行業、海洋工程、浮式風電、水上機器人、浮標設備、離岸工程等領域研發設計人員。
3、講師介紹
陳 猛
Ansys資深結構工程師
陽普科技金牌講師
碩士畢業于廣東工業大學機械工程學院。擁有8年CAE仿真工作經驗，負責并參入了多項國基項目和工程項目，如超聲波振動系統的研究，硬脆性材料加工過程裂紋擴展的研究，電梯轎架靜動載解析問題，新能源電池包結構強度問題，壓縮機配管系統振動噪聲問題等。目前在陽普科技擔任ANSYS結構工程師一職，負責ANSYS結構產品的售前/售后技術支持以及仿真項目咨詢工作，擁有較為豐富的仿真培訓經驗和工程項目仿真經驗。
展開 干貨視頻 | ANSYS船舶海洋工程領域仿真解決方案
海工結構的破壞將危害到人員的生命，裝置、設備、財產的損傷，甚至可能引起海洋環境的污染。在深海高強度壓力、海洋環境溫度差異性、颶風、大浪、樁基相互作用等復雜海洋環境載荷作用下，海工結構可能存在疲勞、屈曲、腐蝕、沖擊損傷等失效形式。
ANSYS作為工程仿真領域的領導者，在海工領域擁有完整的仿真解決方案和大量的企業應用案例，可為海工結構設計提供重要理論指導。
課程內容
01、船舶海洋工程仿真背景概述
02、ANSYS在船舶海洋工程領域的仿真解決方案
03、ANSYS結構產品功能與Aqwa水動力分析功能特點
04、Aqwa與Mechanical耦合仿真計算波浪載荷作用下船體受力變形分析流程
展開 【8月18-19日 上海/北京】船舶與海洋工程水動力分析入門與提高線下專題課
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Ansys aqwa入門與提高
課程背景
AQWA軟件的誕生主要目的是解決北海油氣開發，乃至范圍更廣的世界范圍內海洋油氣開發中浮式結構物設計分析問題，包括耐波性、安裝作業、海上定位等多個方面。20世紀80年代，WS Atkins將逐漸發展成熟的AQWA軟件推向市場，這也使得AQWA成為海洋工程領域第一款商業化的浮體分析軟件。2001年AQWA軟件的運營權轉交給Century Dynamics Ltd.。2005年ANSYS集團收購Century Dynamic，2009年，ANSYS推出的ANSYS 12.0首次將AQWA作為其重要的計算模塊之一重新推向市場。
AQWA軟件在發展過程中功能不斷豐富，歷經了許多項目的考驗，深受業界認可。AQWA主要解決浮體在環境載荷作用下的運動響應、系泊定位、海上安裝作業、船舶航行以及波浪載荷傳遞等方面的問題，深入了解AQWA的基本理論、使用方法以及使用技巧對于提高船舶與海洋工程行業相關研究人員的技術水平，提高實際問題解決能力有重要的推動作用，基于此，特舉辦“ANSYS AQWA軟件入門與提高”專題培訓。
授課專家
高巍
工學碩士，美國機械工程師協會會員，資深浮體工程師，8年軟件工程應用實踐經驗，先后參與20余項大型海洋工程,具有豐富的科研及工程技術經驗。
熟練掌握AQWA、MOSES、WAMIT、Orcaflex、Ariane等海工軟件以及Bladed、FAST風機載荷分析軟件，先后發表專業技術論文近二十篇，著有《ANSYS AQWA軟件入門與提高》一書。
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