基于HCSR规范的超大型油船破损强度的校核

万乐天

（中国船舶重工集团有限公司第七一〇研究所， 湖北 宜昌 443003）

引言

协调共同规范标准[1]HCSR是国际船级社协会在参考大量规范以及海损事故基础上发布的船舶规范。船舶海上生命力的基本内容之一便是依据船级社规范进行极限强度校核[2]，剩余极限强度为新加入校核内容，危险航行下的船舶状态分为碰撞和搁浅工况。基于HCSR规范，本文利用ABAQUS非线性有限元法计算了某型船破损剩余强度，依据规范进行了破损船体剩余承载能力校核。

1 不同国际规范船体破损程度

船体损伤程度计算分为概率预报方法和确定性规范方法，如图1、图2所示，以双壳油船为例，分别比较了船体梁剖面在ABS和DNV规范的破损扣除程度。

图1 ABS与DNV搁浅破损程度对比

图2 ABS与DNV碰撞破损程度对比

可以看出，相比于ABS规范，DNV船级社在船体破损（搁浅和碰撞工况）扣除承载结构均较ABS规范严格，双层底在搁浅时完全穿透，而舷侧碰撞时单侧几乎将承载面板及加强筋减除。

2 破损剩余强度的计算

计算极限强度时，船体梁载荷部分由静水弯矩与波浪弯矩组成。新版的HCSR结构共同规范计算最小静水弯矩[3]：

中拱工况：

中垂工况：

计算垂向最小波浪弯矩时，fp及fm均取为1，fsw船长分布因子其沿船长分段线性分布。波浪弯矩计算，垂向破浪弯矩：

中拱工况：

中垂工况：

式中：fnl-vh、fnl-vs分别为中拱中垂非线性作用相关系数，其中波浪系数

合成总弯矩计算，按完整航行工况进行校核：

在碰撞与搁浅工况，按规范校核，船体梁剖面结构承载极限弯矩满足：

并且满足：

船舶结构剩余强度在不同工况下各相关系数定义及取值详见参考文献[4]。

3 破损强度的校核

3.1 破损范围的计算

双壳超大型油船剖面结构如下页图3所示，材料屈服应力为313.6 MPa，由ABS和DNV定义的破损工况，对比协调共同规范HCSR标准，计算结果如表1所示。

图3 双壳超大型油船剖面结构（单位：mm）

表1 船体破损范围 m

3.2 破损剩余强度的校核

利用ABAQUS进行结构极限强度计算，采用非线性弧长法，破损后该双壳油船剖面应力分布云图见图 4、图 5。

由图4可知双层底的外底中部产生较大应力，板和加强筋局部屈曲失效且主要发生在搁浅扣除和舷侧连接处；由图5可知，双壳油船双舷侧顶部板架屈曲失效，甲板产生变形较大，加强筋侧倾，由碰撞后船体梁剖面结构不对称引起。

按HCSR结构共同规范校核的外部弯矩和剩余极限强度见表2，可知船体梁的剩余极限强度均在搁浅碰撞安全系数以上，满足设计强度要求。

图4 搁浅工况

图5 碰撞工况

表2 承载能力校核结果

4 结论

1）船体结构破损在规范HCSR下安全性校核较为严格；

2）遭受外部载荷作用下的油船船体上甲板变形较大；

3）搁浅和碰撞破损情况下，该油船各工况下安全系数满足规范强度要求。