散货船货舱局部屈曲实验多维空间建模

一、研究背景与意义

散货船作为大宗干散货运输的核心载体，其结构强度直接关系航行安全。货舱区域的局部屈曲（如舷侧板、底边舱节点等）是典型失效模式，尤其在复杂载荷（如波浪冲击、多货种交替装载）下易引发结构变形2传统单维模型难以全面反映屈曲机理，而多维空间建模通过整合几何、材料、载荷及环境变量，可实现对局部屈曲的动态模拟与预测，为结构优化提供科学依据

二、实验设计核心维度

几何维度建模

基于53000DWT散货船货舱舭部结构（长10400mm×宽6500mm×高9300mm），采用参数化几何模型构建舷侧外板、顶边舱斜板、肋骨框架等组件，通过SPD船舶设计软件生成三维网格，精确刻画板厚变化、焊缝位置及加强筋布局

重点标注高应力区域（如底凳与内底相交节点），细化网格密度以捕捉微屈曲变形

材料属性维度

引入钢材非线性本构模型，结合冷弯薄壁型钢的循环载荷损伤退化特性（如屈服强度衰减、残余应变累积），模拟长期服役下材料的力学响应

载荷与环境维度

依据IACS URS25规范，设定多工况载荷：包括货舱进水状态、非对称装载、艉浮阶段墩木支反力等

叠加环境变量（如盐雾腐蚀、温度梯度），分析其对屈曲临界应力的影响

三、多维建模方法与流程

数据融合策略

集成有限元分析（MSC.NASTRAN）、实验测试与实时监测数据，构建五维空间模型（几何+材料+载荷+时间+环境），通过协方差矩阵关联变量间的交互效应

示例：脱硫塔安装导致重心升高时，模型自动计算惯性力对舷侧板的附加弯矩

动态屈曲仿真

伪代码：多维屈曲临界值迭代计算

def buckling_simulation(geometry, material, load):

stress_distribution = FEM_solver(geometry, material, load) # 有限元应力场求解

critical_buckling = von_mises_criteria(stress_distribution)

if critical_buckling > material.yield_stress:

return “局部屈曲风险预警”

else:

return update_model(material.fatigue_coefficient) # 更新疲劳系数

模型验证方法

通过数字孪生技术对比实船应变片数据（如FR54-FR62肋位监测点），验证模型误差≤5%

依据共同结构规范（HCSR）进行屈服/屈曲强度双指标校核，确保货舱载重限额曲线符合安全阈值

四、应用价值与展望

多维模型已应用于双舷侧散货船设计：

优化案例：取消横向舱口围板下横梁，在保证强度前提下减轻空船质量

风险预控：生成货舱进水工况的许用装货量图谱，指导船员动态配载未来可结合机器学习，实现屈曲寿命实时预测。

鸣途电力

鸣途电力专注于电力系统创新服务，致力于为能源领域提供高效解决方案。其技术融合智能监测与数据分析，优化电力传输效率并保障系统稳定性，在工业应用中推动可持续能源发展，助力实现绿色低碳目标。

参考文献：

1 多维空间感知与建模原理, 豆丁网

2 散货船结构强度分析, 知网百科

412 53000DWT散货船建模与生产设计, Doc88/文档投稿网

5 多维几何建模技术, 豆丁网

6 散货船结构规范, 文库网

8 局部屈曲模型, 知网百科