内河船舶抗碰撞能力评估指南0228-12

中国船级社内河船舶抗碰撞能力评估指南(报批稿)2012，扉页，版权页指导性文件GD08-2012中国船级社武汉规范研究所2二○一二年二月目录第1章通则…………………………………………………………1第1节一般规定…………………………………………………1第2节定义………………………………………………………1第3节抗碰撞设计要求…………………………………………2第2章双壳油船、化学品船抗碰撞能力评估标准……………4第1节一般规定…………………………………………………4第2节双壳油船、化学品船抗碰撞能力评估标准……………4第3章双壳油船、化学品船临界变形能计算方法………………5第1节一般规定…………………………………………………5第2节简化分析方法……………………………………………5第3节有限元法…………………………………………………8附录：船舶抗碰撞能力评估算例……………………………………121第1章通则第1节一般规定1.1.1目的1.1.1.1为防止油船、化学品船泄漏而造成环境污染，特制定《内河船舶抗碰撞能力评估指南》（以下简称“本指南”）。以期为内河船舶抗碰撞能力评估提供技术支持，指导内河船舶抗碰撞设计和评估。1.1.2适用范围1.1.2.1本指南适用于船长80m及以上的航行于我国长江干线(宜宾至吴淞口)的新建双壳油船、化学品船。1.1.2.2船长80m以下和其它水域的双壳油船、化学品船可参照执行。1.1.2.3本指南的相关要求仅针对拟按照本指南进行抗碰撞设计和评估的船舶。1.1.3附加标志1.1.3.1按本指南对舷侧结构进行特殊加强的船舶，可在其入级符号后加注附加标志“抗碰撞COLL”。第2节定义1.2.1定义1.2.1.1除另有规定外，CCS《钢质内河船舶建造规范》和《内河散装运输化学品船舶构造与设备规范》的相关定义适用本指南。1.2.1.2本指南定义如下：（1）船长L(m)——沿满载水线自首柱前缘量至舵柱后缘的长度；无首柱船舶的船长应自船体中纵剖面前缘与满载水线的交点量起；无舵柱船舶量至舵杆中心线；但均应不大于满载水线长度，亦不小于满载水线长度的96%。无舵船舶的船长取满载水线长度。满载水线系指船旗国主管机关或主管机关授权本社核定的船舶的最高级别航区载重线对应的水线。2满载水线长度系指船舶的满载水线面在中纵剖面上的投影长度。（2）船宽B(m)——不包括船壳板在内的船体最大宽度，舷伸甲板宽度不计入。（3）型深D(m)——在船长中点处沿舷侧自平板龙骨上表面量至干舷甲板下表面的垂直距离。对甲板转角为圆弧形的船舶，应由平板龙骨上表面量至干舷甲板下表面的延伸线与舷侧板内缘延伸线的交点。（4）吃水d(m)——在船长中点处由平板龙骨上表面量至满载水线的垂直距离。（5）排水量(t)——系指船舶满载时的总重量。（6）初始撞击速度0sV（km/h）——系指发生碰撞时撞击船的速度。（7）极限撞击速度crV（km/h）——系指发生碰撞时被撞船舶所能承受的最大撞击船速度。如撞击船的船速超过该值，会发生预期的危险状态。（8）抗碰撞能力0sE（MJ）——系指发生碰撞时被撞船舶自身应具有的吸收撞击能量的能力，其与撞击船的排水量和被撞船的排水量、船长有关。（9）临界变形能crE（MJ）——系指发生碰撞时被撞船内舷板发生塑性大变形，但未出现破裂时船体结构所吸收的塑性变形能。超出该能量时，会发生预期的危险状态。第3节抗碰撞设计要求1.3.1一般要求1.3.1.1应采取可靠的安全措施保护船舶所装货物，即碰撞时允许双壳液货船的内舷板发生塑性变形，但不允许出现断裂破坏。1.3.1.2构成液货舱周界的内舷板距离船体外板的距离一般不小于：(1)1型船：1.2m；(2)其它船舶：1.0m。1.3.1.3船舶舷侧内外舷板厚不小于《钢质内河船舶建造规范》和《内河散装运输化学品船舶构造与设备规范》中所规定厚度的1.15倍，加强范围为纵向3液货区，垂向自舭列板至舷侧顶列板；对于采用高强度船体结构钢的船舶应将高强度钢换算成一般强度船体结构钢，然后在此基础上加厚。1.3.1.4若舷侧结构满足下列要求，则1型船构成液货舱周界的内舷板距离船体外板可由1.2m减低至不小于1.0m，其它船舶可由1.0m减低至不小于0.76m：(1)甲板边板的厚度较1.3.1.3要求增加0.25倍，和(2)内外舷侧板的厚度较1.3.1.3要求增加0.15倍。1.3.1.5采用其他结构型式或舷侧结构的设置不满足本节上述要求时，船舶的抗碰撞能力应满足2.2.1.4的要求，抗碰撞能力可根据本指南第3章要求进行评估。1.3.1.6船舶舷侧结构之间的横隔板在满足规范要求的基础上，可以适当增加开孔或减小横隔板板厚，提高船舶抗碰撞能力。4第2章双壳油船、化学品船抗碰撞能力评估标准第1节一般规定2.1.1一般要求2.1.1.1本指南所述的评估标准适用于完全非弹性（塑性）碰撞。2.1.1.2本指南所述的评估标准为假定边舱进水而内舷板发生塑性变形但不允许撕裂破坏。第2节双壳油船、化学品船抗碰撞能力评估标准2.2.1双壳油船、化学品船抗碰撞能力评估标准2.2.1.1船舶的抗碰撞能力0sE由下式给出的数值确定：)/(Δ0.81(L/100)kE020SMJ式中：L——被撞船船长，m；0——撞击船的排水量，取3000t；——被撞船的排水量，t；k——耐撞性系数，2MJ/m，1型船取6.5，其它船舶取5.0。2.2.1.2船舶临界变形能crE可按本指南第3章规定的简化分析方法或有限元方法计算确定，详细计算步骤参见本指南附录。2.2.1.3船舶极限撞击速度crV由下式确定：0.50crcr)ΔΔ1.27(1Δ10E43Vkm/h式中：0——撞击船的排水量，取3000t；——被撞船的排水量，t；crE——被撞击船临界变形能，MJ。2.2.1.4初始撞击速度osV取5km/h。2.2.1.5双壳油船、化学品船抗碰撞能力评估标准为：（1）0scrEE，和（2）0scrVV。5第3章双壳油船、化学品船临界变形能计算方法第1节一般规定3.1.1一般要求3.1.1.1本章规定了双壳油船、化学品船临界变形能crE的计算的原则和方法。3.1.1.2对于撞击船已确定的双壳油船、化学品船的临界变形能的计算应按本章第3节相关要求进行，其撞击船的船首、初始撞击速度、撞击位置等可按实际情况选取。第2节简化分析方法3.2.1基本假定3.2.1.1撞击船首部假定为刚性球鼻艏。3.2.1.2球鼻艏简化为球形撞头，球形撞头直径假定为被撞船舷侧结构强骨材纵向、垂向间距小者的0.8倍。3.2.1.3能量计算时假定结构响应是准静态的，材料为理想刚塑性材料，撞击船动能全部转化为被撞船结构所吸收的塑性变形能。3.2.2被撞船撞击区域范围的确定3.2.2.1被撞船撞击区域取舷侧纵桁（或平台甲板）与内底板以及两相邻强肋骨间的舷侧结构部分。3.2.3碰撞位置的确定3.2.3.1碰撞位置取为由3.2.2.1定义的被撞船撞击区域的中点处。3.2.4船舶临界变形能crE的确定3.2.4.1内河双壳油船、化学品船临界变形能crE计算，采用叠加法进行计算。（1）外舷结构塑性变形能外E按以下步骤计算外舷板以及外舷板上的纵骨发生断裂破坏时的横向变形值。6假设纵向强骨材间距大于横向强骨材间距，外舷结构变形模式计算示意图如图3.2.4.1。wi0LLR11R112aRR11R11R12R122b舷侧纵骨外壳板2aRR112b舷侧肋骨外壳板R11wi0LLR11R11w0RRaαα外壳板aw0RRaαα外壳板a舷侧纵骨α12α12强肋骨α11α11舷侧肋骨强肋骨(a)纵骨架式舷侧结构(b)横骨架式舷侧结构图3.2.4.1外壳结构变形模式示意图①外舷板能量舷外E的计算外舷板断裂破坏时中点横向变形值0w的计算a)cosα1(1aRtanαw0（1）式中：0w——外舷板发生断裂破坏时的中点横向变形值，m；α——外舷板变形面与初始平面之间的夹角，rad；R——球形撞头半径，m；a——外舷板短边长度的一半，m。其中α值根据外舷板材料的断裂应变值uε由下式确定：7uε11arccosα由下式计算外舷板发生断裂破坏时所吸收的能量舷外E，MJ)}aR2cosαcosα1(aRcosα1{[taπσE222220外舷(2)式中：0σ——为外舷板材料的流动应力，MPa，取其值等于材料屈服应力eHR和极限应力mR的平均值，meH0RR21σ。简化计算中材料屈服应力eHR取235MPa、极限应力mR取405MPa、断裂应变uε取0.1。t——外舷板厚度，m。②外舷板纵骨能量计算外舷板第i根纵骨发生断裂破坏时中点横向变形值i0w的计算L)cosα1(1LRtanαwi1i11ii0（3）式中，i0w——第i根纵骨发生断裂时的中点横向变形值，m；i1α——第i根纵骨发生断裂时，纵骨变形后轴线与初始轴线之间的夹角(参见图3.2.4.1)，rad；i1R——第i根纵骨发生断裂时，球形撞头与纵骨接触区域撞头的半径，m；L——纵骨长度的一半，m。其中i1α值根据纵骨材料的断裂应变值uε由下式确定：u1iε11arccosα第i根纵骨发生断裂时所吸收能量i纵骨E的计算1)α(tanαLRcosα1L2NEi1i1i1i10纵骨iMJ(4)式中：FσN00，为纵骨横截面的极限轴力值，MN；F为纵骨横截面面积，m2。0σ——为外舷板材料的流动应力，MPa，取其值等于材料屈服应力eHR和极限应力mR的平均值，meH0RR21σ。简化计算中材料屈服应8力eHR取235MPa、极限应力mR取405MPa、断裂应变uε取0.1。③外舷结构总能量n1ii纵骨外EEE外舷式中：n——为纵骨的根数。（2）计算内舷结构能量内E内舷结构能量计算与外舷结构有所不同，即整个碰撞计算进行到内舷板发生断裂破坏时为止，计算过程同（1）。内舷板发生断裂破坏时吸收的能量按(2)式进行计算。内舷结构各纵骨吸收的能量亦按(4)式进行计算。式中各纵骨的1iR值根据内舷板发生断裂破坏时球形撞头与内舷结构碰撞的相对位置图确定。内舷结构总能量n1ii纵骨内EEE内舷（3）舷侧结构临界变形能crE，MJ内外crEEE第3节有限元法3.3.1计算程序3.3.1.1本节有限元法可采用通用有限元分析程序，如采用非通用程序时，计算单位应提供所采用的计算程序及有关说明文件供本社确认计算的准确性。3.3.2定义3.3.2.1撞击船总质量定义：考虑附连水质量的影响，取撞击船总质量为1.1倍的撞击船排水量。3.3.2.2被撞船质量定义：不考虑被撞船附连水质量的影响，取被撞船质量为其排水量。93.3.3基本假定3.3.3.1假定撞击船艏部的刚度无穷大，即刚性艏。3.3.3.2撞击船船首与被撞船舷侧垂直相遇。3.3.4坐标系和单位制3.3.4.1坐标规定X——沿船长方向，指向船首为正；Y——沿船宽方向，指向左舷为正；Z——沿型深方向，指向上方为正。3.3.4.2本指南所采用的单位制为：质量：吨（t）；长度：米（m）；时间：秒（s）；力：牛顿（N）或千牛顿（kN）；应力：牛/毫米2（N/mm2）；压力：千牛/米2（kN/m2）。能量：焦耳（J）。3.3.5模型建立3.3.5.1被撞船模型取为局部舷侧有限元模型，模型纵向为两横舱壁之间的范围，横向为内外舷板之间的范围，垂向为型深范围（如图3.3.5.1所示），建模范围内的结构构件均应真实模拟，肘板除外。10图3.3.5.1被撞船有限元模型范围示意图3.3.5.2若撞击船未确定，撞击船模型采用球头进行模拟，球头直径取被撞船强框架间距短边长的0.8倍，纵向范围取0.05L（如图3.3.5.2所示），L为撞击船船长；若撞击船已确定，则撞击船模型取首防撞舱壁向船首的立体舱段。撞击船和被撞击船的有限元模型示意图见图3.3.5.3。图3.3.5.2撞击船球头有限元模型范围（Ls为被撞船强框架间距短边长）图3.3.