国际船舶波浪载荷研究最新动向

本刊记者 崔 燕

近年来，随着船舶尺度不断向大型化趋势发展，一些与载荷相关的问题应运而生。由船舶颤振和波激所引发的船舶损坏引起了IMO、IACS、船舶工业界和学术界的广泛关注。同时，IACS正在制定的HCSR（协调共同结构规范）对原有CSR BC和OT的载荷要求进行了协调。协调后的规范对于船型开发提出了更高的要求。为促进国内外载荷领域的专家、学者开展技术交流，2012年5月10日至11日，由哈尔滨工程大学、中国船级社（CCS）和法国船级社（BV）三家单位共同发起的“国际船舶波浪载荷及其应用研究专题研讨会”在哈尔滨工程大学举行。中国船舶工业行业协会、哈尔滨工程大学、中国船级社、法国船级社的相关领导、专家及国内主要船舶设计单位、船舶制造行业及研究所、各大院校主要技术负责人共六十余人参加了会议。本次会议搭建了一个高层次技术交流的平台，来自国内外波浪载荷、水动力分析等相关领域的著名专家和学者，就当前国际波浪载荷技术研究的最新动向和研究进展，及业内共同关心的热点问题进行了深入的交流与探讨。会议共进行了12篇论文的宣读和交流，内容囊括IACS最新的HCSR载荷内容介绍、国际热点的波激振动问题、新兴的FLNG靠泊问题等一系列关键技术介绍。与会专家、学者对论文内容表现出了浓厚的兴趣，交流讨论十分热烈。会议促进了国内外载荷领域专家的技术交流，增进了彼此的了解，收到了良好的预期效果。

HCSR将协调原CSR的载荷要求

波浪载荷对船舶与海洋工程结构物的结构和安全来说，起着至关重要的作用，是船舶结构规范的核心内容和重要基础。对于常规船舶，各船级社都有现成的经验公式用于预报船舶设计波浪载荷。但对于一些超大型、超尺度比船舶，传统的经验公式变得不再适用。针对这类船舶的结构评估计算，往往需要采用载荷直接计算的方法对作用在结构上的载荷进行分析，并映射到结构模型进行评估。

近年来，新规则、新规范不断出台，其中最典型代表的IMO目标型标准（GBS）对船舶结构规范要求的基础和核心之一就是波浪载荷的研究。在国际金融危机和航运市场萎缩的大环境下，为了开拓市场、争取订单，新船型的开发无疑成为各船厂、设计单位最有力的竞争手段，而新船型的开发必须满足日益严格的新规则、新规范的要求。

为满足IMO GBS要求，IACS正在加紧制定和完善协调共同结构规范（HCSR）。HCSR 将采用三维线性波浪载荷理论，对原有CSR BC和OT的载荷要求进行协调。按照IACS的时间表，2012年7月1日，HCSR第一版将正式对外发布。及早了解HCSR波浪载荷部分的要求对于工业界尽快掌握HCSR并应用于原有CSR船型的评估和满足HCSR要求的新船型开发具有重要的现实意义。

据BV陈晓波博士（IACS HPT01载荷协调组组长）介绍，HCSR载荷部分的研究是在CSR油船和散货船要求的基础上，分别在涉及载荷计算的运动和加速度要求、船体梁载荷要求、载荷工况要求、外部载荷要求，以及内部载荷要求等方面进行协调。协调之后的HCSR在工况表达上将更为清晰，更能满足需求。目前，对于是否完全符合GBS的要求，陈晓波博士表示差距分析的工作还在HPT01内部进行之中。

波激振动及其疲劳损伤

船体结构波激振动的研究是业界最前沿的研究课题之一。进入21世纪以来，民用船舶的大型化发展趋势愈发明显。随着船舶主尺度的增加，波激振动和颤振引发的船舶损坏开始逐渐引起人们的重视，对波激振动和颤振现象开展研究的重要性也不断提升。船舶在海上航行时船体梁的波激振动响应会使船体结构遭受到持续的疲劳载荷的作用，导致船舶在营运阶段产生严重的疲劳破坏，一方面增加船东的维修成本，另一方面也增加了安全隐患。

中船重工第七○二所在该领域的研究处于国内领先地位。据该所汪雪良高级工程师介绍，近年来，中船重工第七○二所在船舶波激振动及其疲劳损伤领域开展了深入的系统模型试验和理论研究，研究对象包括30万吨级超大型油轮、50万吨级超大型矿砂船和15.68万方的大型LNG船。根据介绍，中船重工第七○二所采用三维水弹性理论对波激振动进行了理论预报，并采用模型试验方法对波激振动现象进行深入的分析，研究了船舶线型、结构阻尼、结构刚度、装载状态等因素对波激振动的影响，对大型船舶由波激振动引起的结构疲劳损伤进行了分析评估。结合波激动振动对结构疲劳损伤的影响分析，中船重工第七○二所的研究人员提出了船体结构疲劳载荷设计计算修正公式，引起了与会专家的广泛关注和热烈讨论。

船体振动响应的三维水弹性分析

船舶在海上航行时，会产生不同程度的振动，无论是船体总振动还是上层建筑局部振动，都能引起船体结构和设备部件的疲劳损坏，同时影响人员舒适程度。因此，船舶振动越来越受到船舶设计、建造方和船东的重视。中国船级社（CCS）田超博士介绍了基于三维水弹性理论的LNG船波激振动的研究情况。以一艘大型LNG船为计算对象，进行了船体自由振动和在螺旋桨激励下的受迫振动响应计算，得出了船体梁总振动固有频率以及船体尾部和上层建筑的振动响应。初步计算结果表明，对于船体梁总振动固有频率，经验公式估计方法结果偏大，而采用传统切片理论回归公式来估算附连水质量得到的结果略偏小；对螺旋桨激励下的船体结构受迫振动响应，预报的与实测结果较为吻合；研究结果表明，三维水弹性力学方法可以用于船舶设计阶段对船体振动响应特性的预报，能够得到较为合理可靠的结果。

由于船舶振动问题涉及船体及周围流场的相互作用，且上层建筑涉及大量局部模态，其振动响应预报显得尤为复杂，水弹性理论的振动预报应用方面只做了初步的探索，得到了一些有益的特性预报及对结构减振改进方案的评估，具有一定的工程实用价值。