船首形状对舷侧结构碰撞性能的影响研究

船体结构

1.船舶类型的分类； 按航行区域分为海船和内河船。 按航行状态分为排水型，潜艇，气垫船。

动力分（重点）为蒸气机船，内燃机船，燃气轮机船，核动力船。

运输船；杂货船，集装箱船，散货船和油船。液化气体船。

杂货船；单螺旋桨船，具有二.三层甲板和双层底，多为尾机型船和中后机型船。

散货船；（运输谷物煤炭矿砂）都是单甲板双层底的尾机型船货舱口大。

汽车滚装船就是甲板层数多。

油船；是装运石油产品的液体货船 ，油船的干弦较小，防火防暴的要求高，多为单层甲板，单层底的尾机型船。

液化气船分为LPG LNG，LNG的货物的主要成分是甲烷，LPG的主要成分是乙烷丙烷。

液化气船和油船的结构相似；机舱和船员舱设在尾部，机舱前直至首部为货舱区，船首有首楼。

作用在船体上的力

总纵弯曲；作用在船体上的重力 浮力 波浪水动力，和惯性力引起的船体绕水平横轴的弯曲。 总纵弯曲；静水和波浪总纵弯曲叠加成。

在船长方向上船体各段的重力和浮力的差值即为作用在船体上的外载荷。船体受到外载荷会发生弯曲变形，在船体上产生弯曲力矩。弯矩值的最大值出现在船体的中部，想首尾逐渐减小。

中拱弯曲和中垂弯曲是属于船体在波浪中的总纵弯曲。当波峰在在船中时会使船体中部向上弯曲，成为中拱弯曲，当波谷在船中时，会使船体中部向下弯曲，成为是中垂弯曲。

中拱弯曲是船体甲板受拉伸，底部受压缩。 中垂弯曲时，船体的甲板受压缩，底部受拉伸。

船体的局部弯曲；水压力和货物的横向载荷使船体产生的弯曲。船体肋骨可认为是船体的横截面。

总纵强度；船体结构抵抗纵向弯曲不使整体结构遭受破坏或不允许的变形的能力。船体上最大的总纵弯曲正应力出现在上甲板和船底部。 横向强度是船体的横向构件（肋骨框架和横舱壁)抵抗横向载荷的能力。船体的局部强度是指个别构件对局部载荷的抵抗力。

艏垂线·水尺计重

人们往往把‘艏柱’和‘艏垂线’画上等号，其实不然，‘艏柱’其实并不

像字面上的理解：‘船首的一根柱子’。古木船的船首确实存在一根柱子，其顶部还雕塑着海神的头像。而现代的是钢铁船，艏柱是船舶首部最前端的构件，也

是船体最重要的构件之一，船舶首部的外板、甲板、平台和舷侧的纵桁都是在艏

柱处结束。

艏柱是一个受力构件，要承受各种外力作用，特别是船体与别的物体的激烈

碰撞。它们能增强船体承受波浪冲击力和水压力，还能承受纵向碰撞的震动。所

以，艏柱要有足够的刚度和强度，能承受各种外力冲击。从下面的图片中，我们

可以知道艏柱是什么东西了。

‘艏柱’是一个形态复杂的弯曲成S的钢构件，本文不是探讨其结构形式，只是想为我们同行介绍一点船舶知识，以免多年与船舶打交道，连‘艏柱’是什

么都不知道，那就不应该了！

接下来就要谈谈‘艏垂线’的定义：

艏垂线——系指通过船舶艏柱前缘和夏季满载水线交点与基线垂直的线段。

（各位可以对照一下手头的有关‘艏垂线’的定义，其中不少是错误的）

在这里我们艏垂线只用到艏柱的一个点，但是不少地方认为‘艏垂线’等于

‘艏柱’；把‘艏吃水点至艏垂线距离’称为‘艏吃水点至艏柱距离’，就明显

有问题了！

大家知道，数学上点到直线的距离很容易得到，可是点到曲线的距离就不是

普通数学能解决的问题了。

其实就这么一个问题，为什么总有人会错误地提出来呢？就连《水尺计重工

作规范》也提：“水尺标记与柱距离”，难道我们就没人懂这个？

艉垂线·水尺计重

最近看到的“检验鉴定模拟试题”其中还有一道船舶基础知识“艉垂线”

的题目： “船艉垂线指通过船艉柱后缘和夏季满载水线交点的垂线。如没有船艉柱的

船舶，则以舵杆中心为船艉垂线。”

其标准答案是（√）

我们不妨先分别用中英文对照，了解专业术语“艉柱”是什么东西：

艉柱——在船尾的主要垂直木制件，用于紧固船舵。

sternpost——The principal vertical timber in a ship's stern, upon which the

1 1基本概念：

绿色设计思想：减少物质和能源的消耗，减少有害物质的排放，又要使产品及零部件能够方便的分类回收并再生循环或重新利用。

船舶绿色设计：利用绿色设计基本思想，设计出资源省，能耗低，无污染，效益高的绿色船型。

能效设计指数

试航速度：是指满载时主机在最大持续功率前提下，新船于静，深水中测得的速度。

服务速度：是指船在一定的功率储备下新船满载所能达到的速度。

续航力：一般是指在规定的航速和主机功率情况下，船一次所带的燃油可供连续航行的距离。

自持力：是指船上所带的淡水和食品所能维持的天数。

全新设计法：在没有合适母型船的情况下，往往采用边研究、边试验、边设计的方法

母型设计法：在现有船舶中选取与设计船技术性能相近的优秀船舶作为母型船，并在其基础上，根据设计船的特点，运用基本设计原理有所改进和创新的设计方法。

四新：新技术、新设备、新材料、新工艺

最小干舷船：对载运积载因数小的重货船，其干舷可为最小干舷，并据此来确定型深D，这类船称为最小干舷船。

富裕干舷船：对载运积载因数大的轻货船，按最小干舷所确定的D，其舱容往DWTVEEEEDIref节能装置设备消耗

2 往不能满足货舱容积的要求，因而D需根据舱容来定，从而实际干舷大于最小干舷，这类船称为富裕干舷船。

结构吃水：如结构按最大装载吃水设计，则此时的吃水称为结构吃水。

出港：到港：

载重型船：运输船舶中，载重量占排水量较大的船舶，如散货船、油船等。这类船对载重量和舱容的要求是确定船舶主尺度是考虑的主要因素。

布置型船：船舶主尺度由所需的布置地位决定，而载重量不作为主要因素考虑的一类船舶。如客船等。

舱容要素曲线：是指液体舱的容积、容积形心垂向和纵向坐标、自由液面对通过其中心纵轴的惯性矩等随液面不同而变化的曲线。

容量方程：

吨位：船舶登记吨位（RT）：是指国际船舶吨位丈量公约或船籍国政府制定的吨位丈量规则核定的吨位，包括总吨位和净吨位。

第３１卷第４期　振动与冲击　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＶＩＢＲＡＴ１０Ｎ　ＡＮＤ　ＳＨ０ＣＫ　

半潜式平台结构抗撞性能研究　

程正顺，胡志强，杨建民　

（上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海２００２４０）　

摘　要：在分析显示非线性有限元基本理论和碰撞仿真关键技术的基础上，研究了半潜式平台在遭遇船舶正向撞　击时的抗撞特性及其影响因素。模拟了整船与半潜式平台的碰撞，船首结构及半潜式平台立柱结构模拟为弹塑性材料，　并考虑船舶与半潜式平台运动惯性的影响，定义了三种不同的碰撞场景，撞击船分别沿纵向、横向和斜向撞击平台立柱，　获取了碰撞力一撞深曲线、各构件能量吸收和结构损伤变形等。重点讨论了半潜式平台立柱在不同撞击位置条件下的撞　击特性，分析了影响结构碰撞性能的因素，包括结构特性和撞击位置，提出了改善半潜式平台抗撞性能的一些建议。　关键词：船舶与海洋平台碰撞；数值仿真；非线性有限元；碰撞力；结构变形能　中图分类号：Ｕ６６１．４　文献标识码：Ａ　

Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ａｎｔｉ－－－ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ａ　ｓｅｍｉ－－ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　

ＣＨＥＮＧ　Ｚｈｅｎｇ—ｓｈｕｎ，ＨＵ　Ｚｈｉ—ｑｉａｎｇ，ＹＡＮＧ　Ｊｉａｎ—ｍｉｎ　

（Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｏｃｅａｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００２４０，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　ｅｘｐｌｉｃｉｔ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ａｎｔｉ—　ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ａ　ｓｅｍｉ—ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ　ｐｌａｔｆｏｒｍ（ｉｎ　ｂｒｉｅｆ，ｓｅｍｉ）ｓｔｒｕｃｋ　ｂｙ　ａ　ｓｈｉｐ　ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｏｄｅｌ　ｉｎｃｌｕｄｅｓ　ｔｈｅ　ｓｅｍｉ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｖｅｓｓｅｌ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｌｙ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｈｉｐ　ｂｏｗ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｅｍｉ’Ｓ　ｃｏｌｕｍｎ　ｗｅｒｅ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ａｓ　ｅｌａｓｔｉｃ—ｐｌａｓｔｉｃ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｔａｋｉｎｇ　ａｃｃｏｕｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｅｒｔｉａ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｒｉｋｉｎｇ　ｖｅｓｓｅｌ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｅｍｉ．Ｔｈｒｅｅ　ｈｅａｄｓ　ｏｎ　ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ