基于NAPA大宽深比船舶总纵强度计算程序系统研究

摘要

长期以来，民船的结构设计和强度校核主要以各船级社颁布的有关规范为依据。现有的规范仍以船舶建造经验为基础，是基于许用应力的传统设计方法，这种方法简单、迅捷、实用，特别适用于常规船舶，至今尚具有很大意义。随着船舶尺度的增大以及新船型的开发，世界各国的船级社都在寻找既先进科学又合理可靠的新的设计方法——船舶结构强度直接计算法，中国船级社也颁布了《船体结构强度直接计算指南》。 通常，对规范尺度范围内的常规船舶静水载荷的计算一般以型船法和近似计算法，波浪载荷的计算是用IACS统一计算公式。对于大宽深比（B/D>2.5）这类超过规范尺度范围的船舶，船舶静水载荷仍沿用上述方法确定，但对波浪载荷需要进行直接计算。 就波浪载荷而言，各国船级社都在其船体结构强度直接计算中有专门的指导方法和相应的计算程序分析系统，如：中国船级社（CCS）的COMPASS系统，美国船级社（ABS）的SCORES以及挪威船级社(DNV)的SESAM等。 芬兰NAPA软件在船舶设计中广泛使用，利用NAPA建立船舶几何模型后，施加波浪要素，可进行波浪载荷分析，但其有一定的局限性，NAPA只是一个功能强大的船舶初步设计专用软件，在结构强度计算分析方面没有得到很好的体现，没有独立的总纵强度分析模块。 本文编制的软件系统以Visual Basic 6.0程序设计语言，MS-Access为主要数据库，用ADO数据库访问技术，深入分析NAPA软件，将系统与NAPA软件相结合，利用其强大的三维型线设计功能，完成软件建模和载荷加载，开发面向工程实际需要的大宽深比船舶总纵强度的计算系统。 通过一年多的分析研究，本文基本上达到了预定的目标。本文以大宽深比船舶为研究对象，根据梁理论基本原理，介绍了基于船舶设计软件NAPA分析大宽深比船舶总纵强度计算方法和步骤，开发一套基于NAPA大宽深比船舶总纵强度计算系统。 主要工作和结论如下： （1）型值建模通过直接读取型值表，自动生成NAPA的建模语句，只需做些局部修改，大大减少NAPA建立船模的工作量，提高设计效率。 （2）计算出剖面几何特性，并按CCS《钢质海船入级规范》进行校核，建立NAPA软件与程序系统的数据接口，将弯矩和剪力数据存放到数据库中，系统调用数据库，动态生成剪力弯矩曲线图，计算出全船最大剪力和弯矩，并结合剖面模数校核弯曲强度和剪切强度，输出结果，生成总纵强度计算书。 （3）通过对实船的分析，与传统计算结果比较，用NAPA软件建立船舶模型计算总纵强度的应力值略小于传统方法计算值，这是由于传统方法计算弯矩是取包络线，取各种载况在静水、中拱、中垂下的最大值，而这些最大值并不是同时出现。而NAPA是直接计算各种工况在静水、中拱、中垂中弯矩的最大值，其数值更能反映真实情况。 （4）系统界面友好，各种数据均可从窗口输入或修改，多层窗口设计，供用户操作，管理简便，便于维护、修改和贮存，本系统设计基本上达到了预定的目标，提高船舶设计者的工作效率。 （5）利用NAPA建模分析船舶的总纵强度是可行的。通过改变波浪运动方向与船舶行驶方向的角度，还可以进一步的计算出船舶在斜浪下的载荷分布，解决更为复杂的强度问题。 大宽深比船舶总纵强度研究具有一定的实用性，系统的载荷计算模块开发对型线建模功能实现自动读去二维型值表生成代码，提高了设计效率；通过对实船计算分析，并与传统方法计算结果相比较，结果表明该方法与传统方法相比具有较高的计算精度和效率，该系统界面简洁，方便易用，显著提高了计算精度和设计效率。