Оценка предельной и остаточной прочности корпуса судна
Аннотация
Общие структурные правила, разработанные Международной ассоциацией классификационных обществ (МАКО), устанавливают пошагово-итерационный метод в качестве одного из стандартных методов оценки предельной/остаточной прочности корпуса судна в неповрежденном и поврежденном состояниях. Положение нейтральной оси (НО) поперечного сечения этим методом определяется на каждом шаге увеличения кривизны из условия равновесия сил (УРС). Однако в случае неравномерного распределения нагрузки или повреждений из-за столкновений/посадки на мель, приводящих к возникновению асимметрии поперечного сечения корпуса судна, НО совершает как поступательное движение, так и вращательное движение одновременно. В настоящей работе вращательное движение НО учтено условием векторного равновесия сил (УРВС), а алгоритм SLSQP (Sequential Least Squares Quadratic Programming) используется для одновременного определения двух движений НО. Полученные результаты численных расчетов для контейнеровоза (прямое плавание, неповрежденный корпус) хорошо согласуются с существующими методами, включая методы, описанные в отчетах Международного конгресса по корабельным и морским сооружениям (ISSC). Исследовано влияние угла поворота НО на предельную/остаточную прочность при различных углах крена судна. Благодаря улучшенной скорости сходимости и требуемой точности алгоритма SLSQP, предлагаемый метод может быть использован для быстрой и рациональной оценки прочности корпуса судна в неблагоприятных условиях.
Литература
Yao T., Astrup C., Carudis P., Chen N., Cho S.-R., Dow R., et al. Ultimate hull girder strength // Proc 14th international ship and offshore structures congress (ISSC). Nagasaki, Japan, 2000. –Vol. 2. – P. 321–391.
URL: http://www.mar.ist.utl.pt/jgordo/Artigos%20Oficiais/3.3.11%20-%20ISSC2000_III.1_Ultimate%20Strenght.pdf. (На англ. яз.).
Caldwell J.B. Ultimate longitudinal strength // Transactions of the Royal Institution of Naval Architects. – 1965. – Vol. 107. – P. 411–430. (На англ. яз.).
Paik J.K., Mansour A. A Simple Formulation for Predicting the Ultimate Strength of Ships // Journal of Marine Science and Technology. – 1995. – Vol. 1. – Is. 1. – P. 52–62.
DOI: https://doi.org/10.1007/BF01240013. (На англ. яз.).
Paik J.K., Kim D.K., Park D.H., Kim H.B., Mansour A.E., Caldwell J.B. Modified Paik–Mansour formula for ultimate strength calculations of ship hulls // Ships and Offshore Structures. – 2013. – Vol. 8. – Is. 3-4. – P. 245–260. DOI: https://doi.org/10.1080/17445302.2012.676247. (На англ. яз.).
Li C., et al. Application of the incorporated meshing technique to non-linear FE analysis of hull girder ultimate strength // International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering. American Society of Mechanical Engineers, 2016. – Is. OMAE2016-55094, V003T02A098. DOI: https://doi.org/10.1115/OMAE2016-55094. (На англ. яз.).
Ueda Y., Rashed S.M.H. The Idealized Structural Unit Method and Its Application to Deep Girder Structures // Computers & Structures. – 1984. – Vol. 18. – Is. 2. – P. 227–293.
– DOI: https://doi.org/10.1016/0045-7949(84)90126-3. (На англ. яз.).
Paik J.K., Seo J.K., Kim D.M. Idealized structural unit method and its application to progressive hull girder collapse analysis of ships // Ships and Offshore Structures. – 2006. – Vol. 1. – Is. 3. – P. 235–247. https://doi.org/10.1533/saos.2006.0129. (На англ. яз.).
Smith C.S. Influence of Local Compression Failure on Ultimate Longitudinal Strength of Ship Hull // International Symposium on Practical Design in Shipbuilding (PRADS). Tokyo, Japan, Oct. 18–20, 1977. – P. 73–79. (На англ. яз.).
Коршунов В.А., Манухин В.А., Родионов А.А. Применение и сравнение различных методов вычисления предельных изгибающих моментов корпуса судна // Морские интеллектуальные технологии. – 2022. – Ч. 2. – № 4. – С. 27–35.
– URL: https://morintex.ru/wp-content/files_mf/1671219577МИТ4ЧАСТЬ220221612испр.pdf.
Paik, J. M., Amlashi, H., Boon, B., Branner, K., Caridis, P., Das, P., Fujikubo, M., Huang, C. H., Josefson, L., Kaeding, P., Kin, C. W., Parmentier, G., Pasqualino, I. P., Rizzo, C. M., Vhanmane, S., Wang, X. Z., and Yang, P. Committee III.1: Ultimate Strength // 18th International Ship and Offshore Structures Congress. Rostock, Germany, Sept. 9–13, 2012. – 50 p.
URL: https://issc2025.com/uploads/issc2012-vol1-com-III.1.pdf. (На англ. яз.).
International Association of Classification Societies (IACS). Common Structural Rules for Bulk Carriers and Oil Tankers [ed. of 01 Jan. 2024 with corrigenda of 01 July 2025]. – London, UK: IACS, 2024. (На англ. яз.).
Fujikubo M., Alie M.Z.M., Takemura K., Iijima K., Oka S. Residual hull girder strength of asymmetrically damaged ships-influence of rotation of neutral axis due to damages // Journal of the Japan Society of Naval Architects and Ocean Engineers. – 2012. – Vol. 16. – P. 131–140.
DOI: https://doi.org/10.2534/jjasnaoe.16.131. (На англ. яз.).
Choung J., Nam J.-M., Ha T.-B. Assessment of residual ultimate strength of an asymmetrically damaged tanker considering rotational and translational shifts of neutral axis plane // Marine Structures. – 2012. – Vol. 25. – Is. 1. – P. 71–84.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.marstruc.2011.12.004. (На англ. яз.).
Kraft D. A Software Package for Sequential Quadratic Programming // Deutsche Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt (DFVLR), research report DFVLR-FB 88-28, Jul 1988. – 33 p. URL: https://degenerateconic.com/uploads/2018/03/DFVLR_FB_88_28.pdf. (На англ. яз.).
Joshy A. J. A modular development environment and library for optimization algorithms // arXiv preprint arXiv:2410.12942. – 2024. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2410.12942. (На англ. яз.).
Srinath R., et al. Aerofoil optimization using SLSQP and validation using numerical and analytical methods // Vietnam Journal of Science and Technology. – 2024. – Vol. 62. – Is. 6. – P. 1210–1226. DOI: https://doi.org/10.15625/2525-2518/19371. (На англ. яз.).
Pauli Virtanen, Ralf Gommers, Travis E Oliphant, Matt Haberland, Tyler Reddy, David Cournapeau, Evgeni Burovski, Pearu Peterson, Warren Weckesser, Jonathan Bright, et al. SciPy 1.0: fundamental algorithms for scientific computing in Python // Nature methods. – 2020. – Vol. 17. – Is. 3. – P. 261–272. – DOI: https://doi.org/10.1038/s41592-019-0686-2. (На англ. яз.).
