船舶波浪载荷.pdf

I 船舶波浪载荷 Ship Wave Loads 戴仰山沈进威宋竞正 编 著 国防工业出版社 II III 前言与其他工程结构物一样,在船舶结构的安全性评定中,确定作用于结构物上的载荷(外力问题) ,在已知载荷情况下分析结构的应力、变形和疲劳寿命(内力问题) , 以及制定相应的评定衡准(强度标准问题) ,是三个缺一不可而又相互关联的重要方面。其中,如何合理地确定载荷,又是能否正确评定安全性的基础和关键。 在二十世纪后期,由于新型、高速、超规范船舶的不断涌现,以及高强度钢材的广泛使用,国际上各大船级社相继开发了船舶结构的直接计算法。在这些直接计算法中,各船级社都对载荷的确定给予了极大的关注,提出了所谓的第一原则,即: 在结构设计时,必须首先合理地确定作用于船体和局部结构上各种实际可能的动态载荷,它们的最大值,以及各载荷分量间的适当组合;然后,在此基础上,才能进一步讨论怎样选择合适的内力分析方法和建立可接受的强度标准。 对航行于海洋中的船舶而言,波浪载荷又是所有船舶载荷中最为重要的载荷。因此,怎样合理地计算和预报作用于船体上的各类波浪载荷,便成为船体结构安全性分析中必须首先回答的问题。由于海浪波浪的随机性,船体结构的复杂性,以及航行工况的多样性,这个问题的解决往往并非易事。 限于科学技术的发展水平,在二十世纪五十年代之前,船舶波浪载荷的确定一直是采用在物理直观基础上建立的一种半经验性做法??将船静置于某个特定的规则波上。直至1955 年切片理论问世之后, 船舶波浪载荷的计算才开始真正建立在科学分析的基础上。 随着科学技术的进步,船舶波浪载荷的计算目前发生了根本性的变化。从线性方法到非线性分析,从二维理论到三维估算,在各方面都取得了巨大的进展。 也就是在这种背景下, 在中国造船工程学会船舶力学学术委员会的支持下, 《现代船舶力学》丛书编委会组织了本书的编写。 本书作者虽分属两个单位,但相互间的合作已近 30 年之久。共同的事业,共同的目标,把我们结合在一起,相互学习,取长补短。 在本书的编写过程中,整个书稿前后经过了 3~4 次大的修改,个别章节甚至 IV 改了7~8 次之多。所幸的是,这本书现在总算可以和读者见面了(虽然我们仍不十分满意) 。 根据《现代船舶力学》丛书编委会的要求和船舶力学工作者的需要,本书共分为八章。编写方式是:分头执笔,共同讨论,合成统稿。具体分工是:第一章(绪论)由戴仰山执笔;第二章(海浪)由沈进威执笔;第三章(三维线性势流理论基础)和第四章(规则波中的波浪载荷计算)由宋竞正执笔;第五章(波浪载荷的短期及长期预报)和第六章(砰击载荷)由沈进威和戴仰山共同执笔;第七章(波浪载荷的设计值)由戴仰山执笔;第八章(波浪载荷的试验研究)由沈进威执笔。 第一章是介绍船舶波浪载荷研究的历史发展过程以及当前所达到的水平,特别指出了在这个过程中一些有代表性的研究成果。 第二章是介绍海浪谱的不同表达形式及有关的海浪长期统计资料,它们是对船舶波浪载荷进行短期和长期预报的基础。 第三章是介绍船舶在规则波中的运动与流场速度势的表示,非定常扰动势的定解条件与面元法,以及船舶运动的稳态解与波浪诱导载荷的概念。 第四章是介绍一些波浪载荷计算的工程实用方法,其中包括基于二维线性势流理论的切片法,非线性切片理论的时域与频域方法,高速细长体理论,以及三维线性势流理论的数值解法。 第五章是介绍应用随机过程理论,对船舶波浪载荷进行短期和长期预报,其中还讨论了波浪载荷极值预报的一些问题。 第六章是介绍船舶在波浪中砰击的类型及危害,冲击理论的演变与发展,以及目前在船舶结构设计中关于砰击的实用计算方法。 第七章是介绍确定波浪载荷设计值时应遵循的一些原则,以及当今在船舶建造规范中波浪载荷设计值规定的依据。 第八章是介绍在实船试验和水池模型试验时,有关测试方法和数据处理等方面的一些问题,还给出了国内外一些典型的船舶试验结果。 需要提醒读者的是,考虑到习惯上的用法和编写上的方便,各章符号的规定并不完全一致。 V 在本书出版之际,我们要特别感谢吴有生院士。没有他的关心和鼓励,我们不会接受本书的编写任务;接受了,也未必能最终完成。吴院士是本书的主审,他仔细地审阅了书稿,提出了许多极其宝贵的意见。如果说这本书还有点用处的话,吴院士是功不可没的。 我们还要感谢国防科技图书出版基金委员会和国防工业出版社的支持,感谢为本书的出版付出辛劳的张晓洁女士,顾学康、陈瑞章和胡嘉骏三位研究员,以及马山、葛菲、王辉、朱加刚和董丽娜等多名研究生。 限于作者的学术水平,加之作者分居各地的不便,本书不完善甚至错误之处在所难免,恳请广大读者批评指教。 作者 VI 目录第