波浪载荷预报的目的
三体船波浪载荷预报研究
三体船波浪载荷预报研究三体船是我国自主研发的一种特种船只，其特点是具有优异的稳定性和运载能力。
然而，在海上航行中，三体船会遇到各种波浪的挑战，这就需要对三体船波浪载荷进行准确预报和分析，以确保船只的运载安全性和航速性能。
三体船波浪载荷预报研究是基于计算机模拟和实测数据分析的方法，旨在预测不同海况、不同航行状态下船只所受到的波浪载荷。
具体而言，该研究包括以下几个方面的内容：第一，建立三体船波浪载荷计算模型。
这是进行波浪载荷预报研究的基础，核心内容是建立三体船的动力学模型、水动力模型和波浪模型。
通过利用计算机软件对这些模型进行数值求解和分析，可以预测波浪对船只的影响和所受到的载荷。
第二，分析波浪对三体船稳定性和航速性能的影响。
波浪是船只在海上航行中不可避免的因素，不同波浪高度、波浪周期和波浪方向都会对船只的稳定性和航速性能产生不同的影响。
因此，需要在波浪模拟的基础上，进行相应的研究和分析，确定船只适宜的航行状态和航速。
第三，研究波浪载荷对三体船结构的影响。
三体船的船体结构是其运载能力和耐久性的保证，因此需要对波浪载荷对其结构的影响进行研究和分析，以保证船只的运载安全性和使用寿命。
第四，结合实测数据对模型进行验证。
模型的准确性和可靠性是波浪载荷预报研究的重点，需要通过实测数据的对比和分析，对模型进行验证和优化，提高预报的准确性和精度。
通过三体船波浪载荷预报研究，可以有效预测和分析船只在不同海况和航行状态下所受到的波浪载荷，进而制定合理的航行计划，确保船只的安全性和运载效率。
此外，该研究还可以为三体船的设计和改进提供重要参考，推动三体船技术的发展和应用。
在三体船波浪载荷预报研究中，需要分析不同海况、不同航行状态下船只所受到的波浪载荷。
以下以船只在自由航行状态下所受到的波浪载荷数据为例，进行相关数据的列出和分析。
1. 波浪高度：0.5-2.5米波浪高度是指波浪峰和波谷之间的垂直距离，是衡量海况的重要指标之一。
集装箱船波浪载荷的研究
集装箱船波浪载荷的研究孙倩;罗萍萍;周宏;顾钦平【摘要】通过船舶三维运动程序进行了船舶运动与波浪载荷的初步分析。
以一艘5500 TEU集装箱实船为例，通过设置不同航行条件来确定与运动和载荷最大值对应的航向角，得到了单位规则波作用下的运动振幅以及各种航向角下中剖面的受力转换函数和受力转换频谱，得到了主要载荷参数最大值所在位置、数值以及相应的航行条件，最后运用波谱理论进行了长期波浪载荷分析，并与现行规范进行了比较。
该结论可用于集装箱船极限载荷分析，也可为船体结构设计提供参考。
%In this article ship motions and wave loads were analyzed by using three dimensional motion of the ship program. As an example of a 5500TEU container ship, the heading angles of maximum motions and loads, amplitude of movement under the action of unit regular wave, load conversion functions, conditions and RAO (Response Amplitude Operator) of middle section at different angles had been determined. The maximum dominant load parameters were also obtained. At the end the long⁃term wave loads were calculated through the spectrum theory, and the results were compared with the values of classification rules. The con⁃clusions can be used to analyze ultimate loads of the container ships, and can also be the reference for ship structural design.【期刊名称】《集美大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】8页(P442-449)【关键词】集装箱船;Green函数;波浪载荷;船舶运动响应;长期预报【作者】孙倩;罗萍萍;周宏;顾钦平【作者单位】集美大学轮机工程学院，福建厦门361021;江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏镇江212003;江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏镇江212003;江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏镇江212003【正文语种】中文【中图分类】U661.4集装箱船属于大开口船舶，在设计过程中除了要考虑垂向弯矩之外，还须考虑斜浪在船体上产生的扭矩和水平弯矩等[1].目前一般商船的结构是依据船级社规范[2-3]进行设计的.由于规范中数据和公式是根据大量的统计资料、实践经验和基本理论得出的，并没有全面考虑到具体的船体线型、尺寸、船速、海况等因素，因此按规范计算出来的船体剪力、弯矩和扭矩等并不是很精确[4].如果计算值偏大，据此设计的船体结构会造成材料浪费和载质量降低；计算值偏小，据此设计的船体结构强度就会不够[5].所以有必要先计算具体船舶的波浪载荷，再依据长期分析统计预估极限值，最后用动态载荷法进行结构分析.这种方法能够得到比经验公式更准确的船体结构受力情况，也能够降低船体结构设计的成本，提高设计效率.目前三维水动力理论研究方法主要有两种：自由面Green函数法和Rankine源法[6].自由面Green函数法中流场速度势是通过在船体湿表面分布源汇来确定的，Green函数可满足除物面条件以外的所有定解条件，该方法通过Green第二公式将速度势表达为分布源强沿船体湿表面的面积分和水面与船体交线的线积分之和.Rankine源法是在物面和自由面上都分布奇点的一种计算方法.该方法在分布奇点计算上较为简单，可考虑船舶的航速效应.这两种方法近几年来都取得了一些研究进展：孙葳等[7]开发了基于瞬时格林函数方法的三维时域计算程序，并对Wigley型船进行了数值计算；唐恺等[8-9]开发了基于混合格林函数法对初边值问题进行求解的程序，有效解决了外飘船型的数值发散问题；李辉[6]将Rankine源理论与三维水弹性理论结合对中高航速情况进行了研究；王伟飞[10]利用Rankine 源法在线性时域范围内求解浮体在有航速条件下的运动与波浪载荷，在求解基本势时考虑了方艉的影响；李霞丽[11]利用Rankine源法对三体船波浪载荷进行数值计算，并基于长期预报的结果进行了片体布局优化和航速优选.目前常用的船舶三维运动和波浪载荷预报软件有SESAM[12]、SCADIS[5]和HSC[13]等.本文的主要工作就是采用船舶三维运动程序(HSC)对5 500 TEU集装箱船波浪载荷进行短期和长期预报，并与现行规范的计算值进行对比.该程序采用自由面Green函数法对船舶的6个自由度和波浪载荷进行计算[13].本文分析的船舶是一艘5 500 TEU集装箱船，主要参数：总长277.350 m；水线长268.657 m；垂线间长264.000 m；船宽40.000 m；船深24.000 m；设计吃水12.000 m；方形系数0.6136；水线面系数0.853.为了获得船体各部位的最大波浪载荷，应该在不同海况、不同航向等组合条件下，设定主要的载荷参数，进行结构响应分析.对于大开口的集装船来说，最重要的载荷参数为:垂向波浪剪力、垂向波浪弯矩和波浪扭矩.为求取各主要载荷参数的最大值，可由船体运动频率响应函数着手，假定单位波高的正弦波频率(W)范围为0.05 ~2.00 rad/s，且由不同方向与航行中的船体相会，船速假定为75%设计船速，则沿不同的迎波角可以计算出不同的频率响应函数[13].针对本文中算例，航行条件制定如下：航速9.6 m/s；航向角分别为0°，30°，60°，90°，120°，150°，180°；相位角-180°~180°；波浪频率0.05~2.00 rad/s. 本文采用的船舶三维运动程序[13]小板分布图如图1所示.图2为船体在各航向角纵荡运动振幅(ξ1)；图3为船体在各航向角横荡运动振幅(ξ2)；图4为船体在各航向角垂荡运动振幅(ξ3)；图5为船体在各航向角横摇运动振幅(ξ4)；图6为船体在各航向角纵摇运动振幅(ξ5)；图7为船体在各航向角首摇运动振幅(ξ6).从图2—图7可以看出船舶各方向运动振幅最大时的航向角分别为0°，90°，30°，60°，30°，30°.图8至图13为各种航向角下，中剖面133 m处的受力转换函数的相位频谱，其中：F1为纵向剪切力；F2为横向剪切力；F3为垂向剪切力；F4为扭转力矩；F5为垂向弯矩；F6为水平弯矩.通过图8—图13可得到各方向载荷最大值所对应的航向角分别为60°，60°，180°，60°，180°，120°.由于计算的频谱图在1.0 rad/s以上常会出现不明或不合理的波峰，因此波浪频率范围重点考虑0~1.0 rad/s，而1.0~2.0 rad/s则仅做参考[13].计算出各方向的船体运动频谱与船体受力频谱后，还需选取主要载荷参数的受力转换频谱(Response Amplitude Operator RAO).本文分析对象为大开口集装箱货船，主要载荷选为垂向剪切力(F3)、扭转力矩(F4)与垂向弯矩(F5).因为船舶三维运动程序输出的受力转换频谱沿船长分为多段，所以必须对输出数据进行分析，选取RAO 振幅最大的船段，经过数据分析得知垂向剪切力(F3)最大值发生在距尾垂线(A.P.)165 m的船段，扭转力矩(F4)的最大值发生在A.P.66 m的船段，垂向弯矩(F5)的最大值发生在A.P.133 m(船中)的船段.依照以上条件，可以得到3个受力转换频谱图(RAO)，如图14—图16所示.本文选取的RAO只考虑0~1.0 rad/s波浪频率范围.选定好三个船段的最大的频谱图，根据频谱图选出振幅最大的航向角、振幅与频率，如图14—图16圆圈所标示的位置.垂向剪切力(F3)在航向角为180°，频率为0.55 rad/s 时产生最大振幅8.11×106N；扭转力矩(F4)在航向角为60°，频率为0.5rad/s 时产生最大振幅2.05×108N·m；垂向弯矩(F5)在航向角为180°，频率为0.45 rad/s 时产生最大振幅5.71×108N·m.每一个受力转换函数频谱图，都有一个对应的相位频谱图，能够获得不同频率所产生的不同相位角，如图17—图19所示.图17中频率为0.55 rad/s 时相位角为-0.627°；图18中频率为0.5 rad/s 时相位角为80.5°；图19中频率为0.45 rad/s 时相位角为-179.87°.船舶在整个使用期内(通常为20年)可能遇到各种不同的海况，在恶劣海况下，尽管营运时间短，但载荷响应值可达到极值.据统计推测，船舶在恶劣海况中的营运时间占总航行时间的5%左右[14].所以对于船舶设计人员来说，必须要重视船舶在整个使用期内可能出现的最大波浪载荷.长期波浪载荷分析，需要选取波谱与波浪频度，PM波谱法为观测大西洋开阔海域充分成长海浪归纳而成的经验公式，而本集装箱货船就航行于该海域，所以笔者在长期波浪分析程序中选取PM 波谱作为分析波谱[2,13].程序计算中所需用到的波浪频度表，本文选取IACS WP/S委员会推荐的大西洋波浪频度表[14]，经过计算，可以得到每一个船段所受到的不同方向的载荷，如表1所示.由于美国和中国等船级社规范[2-3，14]仅提供了垂向剪切力和垂向波浪弯矩两个波浪载荷公式，所以本文仅对这两种载荷的计算结果进行对比.长期波浪载荷分析结果中的垂向剪切力与船级社规范公式计算值相比，两者沿船长分布趋势大致相同.船中部分由PM波谱计算的长期载荷值(3.04×107N)与规范值(3.06×107N)非常接近，但在A.P.40~60 m和A.P.150~210 m处长期载荷所预估的垂向剪切力，明显高于规范值(以A.P.56.7 m为例，长期载荷值为6.12×107N，规范值3.25×107N).在A.P.220 m处至首部，规范值高于长期载荷所预估的垂向剪切力(以A.P.222.14 m处为例，长期载荷值为3.99×107N，规范值为4.38×107N；在A.P.250.7 m处，长期载荷值为3.45×106N，规范值1.47×107N).长期波浪载荷分析中垂向波浪弯矩值与船级社规范[2-3,14]公式计算值比较可以得知，两者沿船长的分布趋势基本一致，在船中中垂状态由PM波谱计算所得的结果与规范值只相差了16.31%(长期载荷值为5.07×109N·m，规范值4.243×109N·m)，中拱状态相差达到32.46%(规范值为3.424×109N·m).中垂状态A.P.160 m至F.P.和A.P.至A.P.40 m部分船段，中拱状态A.P.175 m至F.P.以及A.P.至A.P.25 m，这些船段垂向波浪弯矩规范值大于长期波浪载荷预报值，其他船段规范值小于长期波浪载荷预报值.综合上述计算结果和数据分析可得出如下结论：1)通过船舶运动与波浪载荷分析，得到了主要载荷参数最大值所在的位置、数值以及相应的航行条件.2)通过长期波浪载荷分析结果与船级社的规范计算值进行对比，可以得出垂向剪切力规范值在船中及首部已达到20年长期载荷标准，但在中前和中后部分低于20年标准.垂向波浪弯矩的规范值在船中低于20年标准，但中垂状态垂向波浪弯矩已接近20年计算标准.3)根据本文的计算数据经过编程可转化为分布于全船节点的节点力，用于进行集装箱船的短期和长期波浪载荷的有限元分析.4)按IACS WP/S委员会推荐的波浪谱和海况统计资料计算所得的长期载荷值比目前船级社规范公式计算所得的设计载荷值大[14]，按这种海况预报波浪载荷是偏于保守的.从船体比较强度角度出发，为了与IACS统一标准相协调，如果用IACS 推荐的波浪谱和海况计算波浪载荷的长期预报值，许用应力可适当调高，如果不提高许用应力，那么可将概率水平由10-8调整为10-5.5，此时的预报值作为船体波浪载荷的设计值.【相关文献】[1]朱锡,吴梵.舰艇强度[M].北京:国防工业出版社,2005.[2]中国船级社.钢质海船入级规范[S].北京:人民交通出版社,2012.[3]American Bureau of Shipping.Rules for Building and Classing Steel Vessels[S].New York:American Bureau of Shipping,2010.[4]何丽丝.超大型船舶在波浪中的动力响应分析[D].武汉：武汉理工大学,2013.[5]陈超核,钟伟芳.集装箱船结构设计波浪载荷计算[J].华中科技大学学报：自然科学版,2008,36(10):110-113.[6]李辉.船舶波浪载荷的三维水弹性分析方法研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学,2009.[7]孙葳,任慧龙,李辉,等.基于时域格林函数法的船舶有航速问题数值求解[J].船舶力学，2014,18(12):1444-1452.[8]唐恺,朱仁传,缪国平,等.波浪中浮体运动的时域混合格林函数法[J].上海交通大学学报，2014,48(4):508-514.[9]唐恺,朱仁传,缪国平,等.应用混合格林函数法计算波浪中浮体运动及离散参数取值的算例分析[J].中国造船，2015,56(1):102-113.[10]王伟飞.基于Rankine源法舰船有航速时域三维波浪载荷计算[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学,2010.[11]李霞丽.三体船波浪载荷研究与结构强度有限元分析[D].上海：上海交通大学,2014.[12]唐卫军.大型集装箱船三维波浪载荷计算[D].武汉：武汉理工大学,2006.[13]顾钦平.基于波浪载荷的集装箱船船体结构分析与研究[D].镇江：江苏科技大学,2015.[14]中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册(结构分册)[M].北京:国防工业出版社,2000.。
04波浪载荷
l1 , m1 , n1
22 为x轴在OXYZ中的方向余弦
3.3.4群桩效应
由于群桩按排或列布置，在平台设计中，应考虑群桩的掩护作用和相 互干扰作用。作用在一个构件上的波浪力，将受到与之靠近的另一个 构件尾流场的影响。前面构件尾流的旋涡可能激发后面构件的动态响 应，使其波浪力增加，这即是群桩效应。 当桩距/桩直径小于4时，应该考虑群桩效应。 根据模型试验和现场观测，群桩的掩护和干扰作用主要和桩距I 和桩径D之比有关。一般认为当桩距/桩直径大于4时时，桩的掩护作 用和干扰作用可不予考虑；当桩距/桩直径小于4时，应将波浪载荷乘 以群桩系数 K 。其值应尽量由实验确定，或者查阅有关资料。
司托克斯五阶 破碎界限
艾 里 波
H-波高 d-静水面下高度 T-波浪周期
椭
浅水波
深水波
3
（1）设计波高： 根据平台所在位置及附近海域 长期实测资料（要求不少于一年），推算不同 重现期的设计波高。我国《海上移动平台入级 与建造规范》规定的设计波高的选取方法：
H d Min(H max , H b )
23
3.3.5 海生物附着对波浪力的影响
海洋桩基平台在使用期间，桩上会附着各类海生 物，这样会增大桩柱的阻力系数值 C D ，增大波浪拖 曳力。据国外资料提供的数据，在海生物附着显著 的海域，波浪拖曳力增大 20-40%；同时由于海生物 附着，加大了桩柱的直径，也必然加大了波浪惯性 力。为此，规范中规定：在海生物附着范围内，莫 里森公式中惯性力项的桩径Ｄ应按实际直径计算， 并将波浪拖曳力乘以相应系数n。n值可根据海生物 附着程度的不同确定。
S ( )
3 2
A
e 5
B
4
（米 2 秒）
设计波法在张力腿平台设计中的运用
设计波法在张力腿平台设计中的运用单击此处编辑副标题 黄 佳2015年8月20日一、设计基础 二、设计波法原理 三、短期预报 四、长期预报 五、总结设计基础平台状态 完整 HULL破舱-无压载补偿 HULL破舱-有压载补偿 Tendon破损-无压载补偿 Tendon破损-有压载补偿 Tendon移除-有压载补偿 B 作业工况 1-Year A B S B S B B S S S 折减后的 极端工况 生存工况 钻井作业工况 极端工况 10-Year B S A 内波作业工况100-Year 1000-Year 10-year非台风 1-year非台风+内波 A设计寿命20年 根据APIRP2T规范，Loadcase分为三个等级，A、B、Ｓ注：A：作业工况；B：极端工况；S：生存工况；设计基础1 1000-year 2 100-year 3 10-year 4 1-year Max Wave and Associated Wind & Current Environment Condition SummaryTropical Cyclone Tropical Cyclone Tropical Cyclone Tropical Cyclone Survival Case Jonswap 2.4 Omni Omni 16.50 17.2 13.7 27.6 17.2 2.40 0.00 -1.12 0.00 Extreme Case Jonswap 2.4 Omni Omni 13.60 16.3 11.6 23.5 14.9 1.86 0.00 -1.09 0.00 Reduce Extreme Jonswap 2.4 Omni Omni 10.30 15.1 9.6 17.8 10.9 1.39 0.00 -1.08 0.00 Normal Operating Jonswap 2.4 Omni Omni 7.50 13.9 8.3 12.9 8.6 1.12 0.00 -1.03 0.00风 浪 流Wave Gamma Heading (Wamit) Direction (TN, from) Significant wave ht (Hs) Spectral peak period (Tp) Wave cross period (Tz) Maximum wave ht Maximum crest ht Tide & Surge: Highest Water Level Tide & Surge: Mean Water Level Tide & Surge: Lowest Water Level Subsidence(deg) (m) (sec) (sec) (m) (m) (m) (m) (m) (m)4设计基础风暴工况（tropicalcyclone）取条件极值 非风暴工况（non-tropicalcyclone）取主极值设计基础在等级B，S下，环境条件均采用条件极值 OMNI设计基础设计基础回归周期的意义 P为单次响应的超越概率，t为单次响应的平均跨零周期，Tr为回归周期 P=t/Tr 举例说明，某海域波浪平均跨零周期10s，回归周期为100年，单个波浪 超越100年一遇波高的概率为 10s/100年 =3.17X10-9 设计寿命期间的遭遇概率设计寿命 20 25 30 20 25 30 20 回归周期 100 100 100 500 500 500 1000 遭遇概率 18.13% 22.12% 25.92% 3.92% 4.88% 5.82% 1.98%Tendon刚度张力腿平台水平位移offset 与垂向位移setdown的关系提示！注意区别setdown与heave张力腿张力=预张力+刚度 X伸长总体运动性能一、设计基础 二、设计波法原理 三、短期预报 四、长期预报 五、总结设计波法作用：根据环境条件选取一定的设计工况用来对结构进行校核。
某海域极端环境下15万吨级FPSO波浪荷载数值研究
第21卷第4期装备环境工程2024年4月EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING·109·某海域极端环境下15万吨级FPSO波浪荷载数值研究刘中柏1，高宁波2*，唐鑫彤3，徐业峻1（1.中海油能源发展股份有限公司采油深圳分公司，广东 深圳 518052；2.武汉船舶职业技术学院，武汉 430050；3.中国船级社海工技术中心，天津 300457）摘要：目的评估在役15万吨级FPSO在某海域百年一遇极端波浪作用下典型横剖面的水动力特性，进而得到FPSO的极值荷载，作为FPSO返坞改造的关键控制参数。
方法基于国产自主三维频域线性势流软件COMPASS-WALCS，建立15万吨级FPSO湿表面网格模型，根据三维绕射-辐射理论，计算湿表面上的水动力荷载，将每个绕射单元上的水动压力直接映射到结构模型上进行计算。
采用谱分析方法对百年一遇海况进行分析，得到短期运动极值响应。
对响应幅值算子（RAO）和波能谱密度进行谱分析，得到极端波浪下的响应谱，进而得到浮体运动和波浪荷载短期预报各种统计值，利用统计方法求得短期响应的最大值。
结果计算了船中部Fr143横剖面的载荷极值，即垂向弯矩、垂向剪力、剖面型心加速度等，发现船舶迎浪时弯矩值最大，随着浪向角增大，弯矩值逐渐减小，剖面垂向剪力则随着浪向角增大逐渐增大。
结论 FPSO 在极端波浪作用下，其大迎浪角条件下荷载更加危险，需要给予格外关注。
关键词：浮式生产储卸油装置；势流理论；极端波浪；响应幅值算子；水平弯矩；加速度中图分类号：TG630 文献标志码：A 文章编号：1672-9242(2024)04-0109-07DOI：10.7643/ issn.1672-9242.2024.04.013Wave Loads of a 150 000-ton FPSO in Extreme Environment of a Sea AreaLIU Zhongbai1, GAO Ningbo2*, TANG Xintong3, XU Yejun1(1. CNOOC Energy Technology & Service-Oil Production Services Co., Guangdong Shenzhen 518052, China;2. Wuhan Institute of Shipbuilding Technology, Wuhan 430050, China;3. China Classification SocietyOcean Engineering Technology Center, Tianjin 300457, China)ABSTRACT: The work aims to evaluate the hydrodynamic characteristics of a typical cross section of a 150 000-ton FPSO un-der extreme wave conditions, occurring in a once-in-a-century wave climate in the South China Sea to obtain the extreme load imposed on the FPSO and use it as a critical control parameter for the FPSO’s dry-dock retrofit. Based on the domestically de-veloped 3D frequency-domain linear potential flow software COMPASS-WALCS, a wet surface grid model of the 150 000-ton FPSO was constructed. The three-dimensional diffraction-radiation theory was used to calculate the hydrodynamic loads on wet收稿日期：2024-03-05；修订日期：2024-04-01Received：2024-03-05；Revised：2024-04-01基金项目：中国博士后科学基金（2017M612541）Fund：China Postdoctoral Science Foundation (2017M612541)引文格式：刘中柏, 高宁波, 唐鑫彤, 等. 某海域极端环境下15w吨级FPSO波浪荷载数值研究[J]. 装备环境工程, 2024, 21(4): 109-115. LIU Zhongbai, GAO Ningbo, TANG Xintong, et al.Wave Loads of a 150,000-ton FPSO in Extreme Environment of a Sea Area[J]. Equipment Environmental Engineering, 2024, 21(4): 109-115.*通信作者（Corresponding author）·110·装备环境工程 2024年4月surface and the water pressure results on each diffraction unit were directly mapped onto the structural model for computation.Spectral analysis was employed to analyze the once-in-a-century wave climate resulting in short-term extreme motion responses.By analyzing the response amplitude operator (RAO) and wave energy spectral density, the response spectrum under extreme waves was obtained to predict various statistical values for the short-term vessel motion and wave loads. Statistical method was used to determine the maximum short-term response. The extreme load values of Fr143 cross section in the middle of the ship, namely vertical bending moment, vertical shear force and profile center acceleration, were calculated. It was found that the bending moment of the ship was the largest when facing the wave, and the bending moment gradually decreased with the in-crease of the wave angle, while the vertical shear force of the cross section gradually increased with the increase of the wave an-gle. It can be concluded that the FPSO experiences more hazardous loads when facing extreme waves at large wave angles which require special attention and consideration.KEY WORDS: FPSO; potential theory; extreme wave; RAO; horizontal bending moment; acceleration海上油气开采是海洋经济的重要组成部分，其依赖于各种海洋平台完成油气钻探和生产作业。
波浪载荷讲义
{
S
}
{
D
}
{F (t )} = {F S (t )} + {F D (t )}
& & & (t )} + [ B]{η (t )} + [C ]{η(t )} = { f (t )} = { f }e iωt ([ M ] + [ A]){η
(3.1.10)
其中，流体静力载荷可由船舶静力学给出；流体动力载荷则需按线性势流理论进行计算。 经整理，船舶在规则波中的运动微分方程有如下形式： (3.1.11)
维理论61451定解条件61452分布源积分方程的导出62453二维时域格林函数的数值计算63454应用高速细长体理论的数值实例64参考文献67第五章波浪载荷预报51线性波浪载荷情况511短期预报512长期预报52非线性波浪载荷情况521短期预报522长期预报53波浪载荷的极值预报54非线性波浪载荷长期极值的简化计算第六章砰击载荷61砰击的类型与危害62二维水动力冲击理论63二维水动力冲击理论的演变与发展631wagner拟合理论的推广632二维水动力冲击的数值计算方法6321完全非线性求解的物体入水冲击理论6322广义wagner的简化求解物体入水冲击的理论6323以上两种理论的总结及其它一些数值求解633楔形体入水冲击的水弹性理论634平底入水冲击的气垫效应64二维水动力冲击理论的试验研究与理论计算的比较验证641庄生仑博士的系列试验研究642marinter的试验研究643国际性比较研究65船舶砰击的实用计算651发生砰击的条件652砰击次数与砰击概率653砰击时的水动压力654砰击时的水动力655船体对砰击的整体响应第七章波浪载荷设计值71确定波浪载荷设计值的原则72剖面波浪载荷的设计值73低频波浪载荷分量之间的组合74砰击载荷的设计值75极限强度校核中的波浪载荷76疲劳强度分析中的波浪载荷第八章船舶波浪载荷的试验研究81实船试验及模型试验的必要性和意义82实船海上试验821短期试验1常规的运动和载荷响应试验2高速高浪级下的砰击响应试验822中期试验1essexcva9航母试验2sealand集装箱船试验823长期试验极值应变仪的随船长期实测83水池模型试验831相似理论及船模设计832典型水池模型试验介绍8321传递函数试验及短期响应研究1s175集装箱船模试验2驱逐舰型船模试验8322非线性波浪载荷的水池模型试验1wigly船型的试验2首特大外飘船模的试验第三章波浪中的船舶运动与三维线性势流理论三维线性势流理论是深入研究船舶在波浪中的运动与波浪载荷特性所必备的基础知识
关于船舶与海洋工程结构极限强度的探讨 黄奇峰
关于船舶与海洋工程结构极限强度的探讨黄奇峰发表时间：2020-09-08T15:05:28.500Z 来源：《基层建设》2020年第13期作者：黄奇峰1 陈冬文2 [导读] 摘要：在对海洋工程钢结构进行极限强度研究时，为了给该研究提供实验的参考数据，通常需要根据研究的对象构建相应的船舶模型，保障研究理论的真实性。
1天津博迈科海洋工程有限公司；2博迈科海洋工程股份有限公司摘要：在对海洋工程钢结构进行极限强度研究时，为了给该研究提供实验的参考数据，通常需要根据研究的对象构建相应的船舶模型，保障研究理论的真实性。
当前，在海洋事业的快速发展过程中，船舶数量获得了显著的增加，与之对应的是在船舶数量不断增加的同时，船舶搁浅一类事故的数量有了一定的增长。
在船舶遇到此类特殊事故时，其本身的强度会受到严重影响，对于船舶今后的使用而言非常不利。
现如今国内对船舶海洋工程的极限强度展开的研究深度仍旧不够，制约船舶海洋工程发展的最重要因素就是其极限强度，故需要人们的进一步分析、进一步处理。
关键词：船舶；海洋工程结构；极限强度引言在船舶模型进行钢结构极限强度的研究时，主要采取有限元理论的方法进行分析，从而更好地评定海洋工程钢结构的极限强度，为海洋船舶事业提供有效的数据资料支持。
1极限强度的计算极限强度的计算主要涉及到以下内容：船舶海洋工程结构是否合理需要考虑众多因素，是非常复杂的分析、计算过程。
分析与计算的过程中大多使用有限元测量船舶模型，得出船体模型在运行中出现的塑性变形、构件屈曲数据，进而得出船体模型的精准强度。
不过这种方法虽然可用，但是也面临着成本高、工作量大的问题，故没有得到全面推广。
逐步破坏法是目前比较常用的计算方式，这种计算方法运算量较少，在计算极限强度的过程中能够保持精准需求。
逐步破坏法在船舶海洋工程极限强度计算中的优势主要有两点。
第一点能够分析与计算船体模型横向崩溃、纵向崩溃总模式的转化。
第二点通过限制某些数值，实现相邻刚架崩溃演示。
三体船波浪载荷预报研究
摘 要 ： 根据现有某三体船的相关资料和海浪统计资料 ， 采用三维频域计算方法 ， 给出横纵向波浪载荷分量的传递
函数 及 长短 期 预报值 。横 向波浪 载荷 包 括各 纵剖 面 的横 向对 开力 、 横 垂 向剪力 、 横 垂 向弯 矩 、 纵摇有关扭矩等 ； 纵 向波 浪 载 荷包 括 各横 剖 面的 纵垂 向剪 力 、 纵 垂 向弯 矩 、 纵 向扭 矩 和水 平弯 矩 。短期 预 报采 用 Ｐ—Ｍ双 参谱 ； 长期 预 报采 用 Ｉ Ａ Ｃ Ｓ推荐 的 Ｒ ｅ ｃ ． ３ ４标 准海 浪统 计 资料 ， 考虑 到高 速 三体 船适 用于 ７ 级 海 浪的 要求 ， 根据 实 际情况 把海 浪 资料 波高 截 断 ， 即有 义 波高 变 化 范 围为 ０ ． ５～ ６ ｉ ｎ 及０ ． ５ ～ ９ ｎ， ｉ 其中 ６ ｎ及 ９ ｉ ｎ有 义 波高 的 出现 概率 按照插 值 的方 法得 到 。根据 计 算 结果 ， ｉ 可 给 出 高速 三体 船 的波 浪载 荷特 征 ， 为 结构 的进一 步优 化设 计 提供 重要 依据 ， 并 为相 关规 范公 式 的修 改提供 参 考 。
关键 词 ： 高速 三 体 船 ； 三 维波 浪载荷 ； 传 递 函数 ； 长 期 预 报 中 图分 类 号 ： Ｕ ６ ６ １ ． ４ 文献 标识 码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ６ ７ ２—７ ６ ４ ９ （ ２ ０ １ ３ ） １ ２— ０ ０ ０ ５—０ ７ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ４ ０ ４ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２—７ ６ ４ ９ ． ２ ０ １ ３ ． １ ２ ． ０ ０ ２
Ｔｈ ｅ ｉ ｎｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｗａ ｖ ｅ ｌ ｏ ａ ｄ ｓ ｆ ｏ ｒ ｔ ｒ ｉ ｍａ ｒ ａ ｎ
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波浪载荷预报的目的，是以规则波中的载荷响应为基础，通过理论计算，确定船舶在给定的时间运行于实际海清中的波浪载荷变化特性。
波浪载荷预报常分为短期预报和长期预报两类。
短期预报的时间范围为半小时到数小时，在此时间内，船的装载状态、航速、航向角以及海清都可以认为是固定不变的。
长期预报的时间范围是数年或整个寿命期，在此时间内，上述因素都会改变的，长期预报是由许多短期预报组成。
一旦船舶运行海域和概率水平确定后，即可得到对应的波浪载荷特征最大值X max。
此值表示船舶在波浪遭遇
次数为n的整个使用期内，最可能出现的最大波浪载荷。
计算结果包括传递函数、短期预报和长期预报。
其中图中“LFy'’代表横向对开力，"LFz"
代表横垂向剪力，"LMx”代表横垂向弯矩，"LMy"代表纵摇有关扭矩，"VWSF'’代表垂向波浪剪力，,},.j,M,’代表波浪扭矩，"VWBM”代表垂向波浪弯矩，"HWBM”代表水平波浪弯矩。
三体船纵向波浪载荷长期预报值沿船长的变化见图42一45。
横坐标为沿船长的站号，纵坐标为载荷的长期预报值，响应是单幅值。
纵垂向剪力沿船长变化呈双峰现象，且靠近船舰处的峰值大于靠近船舷处的峰值;纵向扭矩、纵垂向弯矩、水平弯矩都在船肿附近取
得最大值，且越靠近船舷舰方向越小。
c1)横向波浪载荷与纵向波浪载荷都是三体船较为重要的波浪载荷。
(2)一般三体船主要横向波浪载荷在横浪时较大、主要纵向波浪载荷在顶浪时较大、
而横、纵向扭矩在斜浪时较大，所以在进行结构分析和强度衡准时，应采用不同的载荷工况分别分析计算。
(3)就纵向波浪载荷而言，三体船两个较小的片体对纵向扭矩影响较大。
而对纵垂向
弯矩和水平弯矩影响不大。
(4)在相同的海浪统计资料下，采用不同的极限有义波高对长期预报结果也有影响，
极限有义波高越大，长期预报值也就越大。
根据本文的计算结果，可了解高速三体船的波浪载荷特征，为结构的进一步优化设计提供了重要依据和相关规范公式的修改提供参考。