長(zhǎng)江是中國(guó)第一大河，是橫貫我國(guó)東西的水運(yùn)大動(dòng)脈，素有“黃金水道”之稱。但是，長(zhǎng)江運(yùn)輸船舶缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是長(zhǎng)江航運(yùn)業(yè)發(fā)展面臨的瓶頸之一。為充分發(fā)揮長(zhǎng)江黃金水道優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的可持續(xù)發(fā)展，順應(yīng)長(zhǎng)江運(yùn)輸船舶大型化的發(fā)展趨勢(shì)，滿足綠色、高效、經(jīng)濟(jì)與安全的需求，人們開發(fā)了新一代寬扁型江海直達(dá)運(yùn)輸船型。新一代寬扁型江海直達(dá)運(yùn)輸船型可有效地突破現(xiàn)有航運(yùn)瓶頸，解決江船不能出海、海船不能入江的難題，實(shí)現(xiàn)江海直達(dá)運(yùn)輸，有效推進(jìn)長(zhǎng)江航運(yùn)業(yè)發(fā)展。

▲ 江海直達(dá)示范船

考慮長(zhǎng)江自然航道曲率半徑因素，船長(zhǎng)主尺度受到制約，同時(shí)由于長(zhǎng)江航道水深有限，加之橋梁高度的限制，船舶的型深和高度均被限制。因此，為提高船舶載重量，新型江海直達(dá)船須朝寬扁化、淺吃水的肥大船型方向發(fā)展。同時(shí)，為了提高貨物裝卸效率和運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)效益，兼顧集裝箱的裝載能力，江海直達(dá)船型須具有開口長(zhǎng)大的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，即艙口的寬度達(dá)到，甚至超過(guò)船寬的80%，艙口長(zhǎng)度達(dá)到艙壁間距離的90%，但是這會(huì)嚴(yán)重削弱船體的剛度。同時(shí)，寬扁肥大型江海直達(dá)船舶既在江段航行又在海域航行，遭遇的波浪環(huán)境變化范圍較大。由于其非常規(guī)船型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，開展寬扁型船體結(jié)構(gòu)在非線性波浪載荷下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)特性研究，對(duì)保障其結(jié)構(gòu)安全具有重要的意義。

江海直達(dá)船砰擊載荷與響應(yīng)問(wèn)題

《江海直達(dá)船舶砰擊顫振及波激振動(dòng)響應(yīng)》

寬扁型江海直達(dá)船由內(nèi)河航段進(jìn)入海況相對(duì)惡劣的沿海航區(qū)航行時(shí)，船波運(yùn)動(dòng)相對(duì)劇烈，易導(dǎo)致船舶反復(fù)地出水和入水，使船底遭遇瞬態(tài)高峰值的砰擊載荷。除此之外，由于內(nèi)河航道的限制，江海直達(dá)船較海船寬扁，較小的吃水導(dǎo)致船體更易受到砰擊載荷作用，并且物面受到的砰擊壓力幅值與作用范圍較大。

寬扁船型砰擊載荷特性對(duì)船舶局部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的安全性至關(guān)重要。一方面遭遇強(qiáng)非線性砰擊載荷區(qū)域面臨局部結(jié)構(gòu)破壞風(fēng)險(xiǎn)，另一方面砰擊載荷誘導(dǎo)的全船瞬態(tài)高頻顫振響應(yīng)與波激振動(dòng)響應(yīng)耦合作用對(duì)船體的總縱強(qiáng)度和疲勞極度不利。因此，在船舶設(shè)計(jì)階段必須準(zhǔn)確地評(píng)估寬扁肥大船型遭遇的砰擊載荷和船體結(jié)構(gòu)的顫振響應(yīng)。現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)范基于經(jīng)驗(yàn)或回歸公式對(duì)動(dòng)態(tài)載荷進(jìn)行考慮，而在砰擊載荷對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)響應(yīng)影響方面考慮較少。在寬扁型江海直達(dá)船結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與開發(fā)過(guò)程中，建立砰擊載荷和顫振對(duì)船體結(jié)構(gòu)影響的預(yù)報(bào)方法是迫切且必須的。

▼ 江海直達(dá)船規(guī)則波試驗(yàn)中砰擊現(xiàn)象

寬扁型江海直達(dá)船舶的砰擊顫振及波激振動(dòng)特性研究是我國(guó)高新技術(shù)船舶科研專項(xiàng)的重要研究課題之一。《江海直達(dá)船舶砰擊顫振及波激振動(dòng)響應(yīng)》圍繞寬扁型江海直達(dá)船舶的砰擊載荷特性、波激振動(dòng)及顫振響應(yīng)問(wèn)題展開分析和論述。

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江海直達(dá)船舶砰擊顫振及波激振動(dòng)響應(yīng)

吳衛(wèi)國(guó)，孔祥韶，王一雯著

北京：科學(xué)出版社，2025.3

(江海直達(dá)船舶技術(shù)叢書)

ISBN 978-7-03-076399-0

首先對(duì)江海直達(dá)船型特點(diǎn)與典型結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的介紹，繼而開展三維彈性楔形體模型與三維江海直達(dá)船首部模型入水砰擊試驗(yàn)方法研究，分析砰擊載荷時(shí)間歷程及沿物面分布特性受入水速度、入水角度及結(jié)構(gòu)剛度的影響規(guī)律，結(jié)合江海直達(dá)船型特殊結(jié)構(gòu)形式提出砰擊載荷簡(jiǎn)化理論計(jì)算方法。

然后，借助任意拉格朗日-歐拉流固耦合算法，以及有限元-無(wú)網(wǎng)格光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)法流固耦合方法，分別對(duì)二維剛性楔形體、二維彈性楔形體、二維船型剖面、三維寬扁型船首的入水砰擊載荷及結(jié)構(gòu)響應(yīng)特性進(jìn)行分析，對(duì)不同船首及結(jié)構(gòu)形式的砰擊載荷及強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比，從工程實(shí)際角度出發(fā)，明確江海直達(dá)船的艏型型式和艏部結(jié)構(gòu)。

除此之外，介紹江海直達(dá)船舶砰擊顫振及波激振動(dòng)模型試驗(yàn)方法，通過(guò)分段龍骨梁模型試驗(yàn)探究不同裝載狀態(tài)、航速及遭遇波浪下高頻載荷響應(yīng)發(fā)生的機(jī)理特性，并與考慮砰擊載荷的非線性水彈性時(shí)域計(jì)算方法結(jié)合研究，快速準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)全船運(yùn)動(dòng)響應(yīng)及各典型結(jié)構(gòu)處的高頻響應(yīng)成分，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算及工程化應(yīng)用中具有極大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

本書是“江海直達(dá)船舶技術(shù)叢書”之一，相關(guān)研究工作得到多項(xiàng)國(guó)家高技術(shù)船舶專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金等科研項(xiàng)目的資助。

江海直達(dá)船舶技術(shù)叢書”以國(guó)家重要科研項(xiàng)目成果為基礎(chǔ)，圍繞江海直達(dá)船型論證、高效低阻船型、高效推進(jìn)系統(tǒng)與附體節(jié)能、適航性、振動(dòng)與噪聲、極限強(qiáng)度、砰擊強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度等結(jié)構(gòu)安全可靠性、節(jié)能環(huán)保技術(shù)等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題與技術(shù)問(wèn)題，努力打造江海直達(dá)船舶技術(shù)領(lǐng)域的開拓之作，以期為江海直達(dá)船舶技術(shù)的發(fā)展、創(chuàng)新和突破帶來(lái)一些啟迪和幫助，推動(dòng)我國(guó)江海直達(dá)船舶技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。目前已出版4種。

江海直達(dá)船舶結(jié)構(gòu)安全性與輕量化設(shè)計(jì)

ISBN 978-7-03-072708-4

作者：吳衛(wèi)國(guó),裴志勇,甘進(jìn)

北京：科學(xué)出版社，2023.02

本書主要介紹江海直達(dá)船舶船體結(jié)構(gòu)安全性和輕量化設(shè)計(jì)。首先，從江海直達(dá)船舶船體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)出發(fā)，闡述結(jié)構(gòu)強(qiáng)度注意事項(xiàng)、結(jié)構(gòu)規(guī)范法設(shè)計(jì)，以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計(jì)算。然后，介紹航線波浪特征參數(shù)、波浪載荷計(jì)算理論和波浪載荷直接計(jì)算等內(nèi)容。通過(guò)對(duì)寬扁型江海直達(dá)船舶船體結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度、砰擊強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度計(jì)算及評(píng)價(jià)方法進(jìn)行闡述，構(gòu)建結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)體系。為探尋江海直達(dá)船舶輕量化設(shè)計(jì)，從結(jié)構(gòu)輕量化、材料輕量化、工藝輕量化等三個(gè)維度進(jìn)行介紹，并從極限強(qiáng)度角度出發(fā)進(jìn)行船體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。最后，介紹江海直達(dá)船舶船體結(jié)構(gòu)在波浪周期性動(dòng)載荷作用下的動(dòng)力響應(yīng)，為安全合理的江海直達(dá)船舶船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

江海直達(dá)船型環(huán)境性論證方法與實(shí)踐

ISBN 978-7-03-081185-1

作者：蔡薇,曾青松,吳衛(wèi)國(guó)

北京：科學(xué)出版社，2025.01

本書闡述一種江海直達(dá)船型環(huán)境性論證方法及其實(shí)踐應(yīng)用，內(nèi)容包括江海直達(dá)船型綠色技術(shù)適用性分析、面向綠色技術(shù)的船舶環(huán)境影響評(píng)估方法、江海直達(dá)集裝箱船低碳經(jīng)濟(jì)收益模型的構(gòu)建、全生命周期評(píng)價(jià)的簡(jiǎn)化技術(shù)與平臺(tái)、船舶生命周期環(huán)境影響與能效評(píng)價(jià)系統(tǒng)的開發(fā)，以及低碳背景下江海直達(dá)船隊(duì)多目標(biāo)綜合優(yōu)化等內(nèi)容。

江海直達(dá)船舶結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度分析

ISBN 978-7-03-079509-0

作者：吳衛(wèi)國(guó),劉斌

北京：科學(xué)出版社，2025.01

本書主要介紹江海直達(dá)船舶極限強(qiáng)度計(jì)算分析方法，重點(diǎn)介紹江海直達(dá)船舶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、極限強(qiáng)度分析的非線性有限元法與試驗(yàn)方法，同時(shí)分析江海直達(dá)船舶極限強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)影響因素，闡述江海直達(dá)船型彎扭極限強(qiáng)度的衡準(zhǔn)及評(píng)估方法。

江海直達(dá)船舶砰擊顫振及波激振動(dòng)響應(yīng)

ISBN 978-7-03-076399-0

作者：吳衛(wèi)國(guó),孔祥韶,王一雯

北京：科學(xué)出版社，2025.03

本書主要研究江海直達(dá)船舶砰擊載荷及結(jié)構(gòu)響應(yīng)的數(shù)值仿真與試驗(yàn)方法，從江海直達(dá)船舶船型特點(diǎn)出發(fā)，主要介紹江海直達(dá)船舶船首結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)、三維彈性楔形體結(jié)構(gòu)與三維船首入水砰擊載荷模型試驗(yàn)，楔形體結(jié)構(gòu)與船首典型剖面入水砰擊過(guò)程的理論分析方法，江海直達(dá)船舶砰擊載荷特性及其數(shù)值仿真方法，不同艏型及結(jié)構(gòu)形式的砰擊載荷與結(jié)構(gòu)響應(yīng)數(shù)值分析，江海直達(dá)船舶砰擊顫振與波激振動(dòng)模型試驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)及其特性分析，基于非線性水彈性時(shí)域計(jì)算方法的江海直達(dá)船舶砰擊顫振與波激振動(dòng)響應(yīng)分析等內(nèi)容。

本文摘編自《江海直達(dá)船舶砰擊顫振及波激振動(dòng)響應(yīng)》（吳衛(wèi)國(guó)，孔祥韶，王一雯著．北京：科學(xué)出版社，2025.3）一書“前言”“叢書序”，標(biāo)題為編者所加。

（本文編輯：劉四旦）

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