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原文传递海运过程中易流态固体散货液化风险研究

论文题名：	海运过程中易流态固体散货液化风险研究
关键词：	海运过程;易流态固体散货;平均表观粘度;液化风险
摘要：	易流态固体散货液化表现出的流动性导致散货船倾覆事故频发，造成了巨大人员和财产损失。而目前《国际海运固体散货规则》关于易流态固体散货的风险控制采用含水量作为判断依据，忽视了船舶航行过程中外界载荷这个重要因素；同时现有对货物液化事故风险的分析仍停留在定性研究，没有相关定量描述货物液化风险的分析方法。为了能使货物在装船前就可定量分析货物液化风险，从而判断其海上运输是否安全，本文以平均表观粘度作为指标研究货物的液化流动性，以货物运输过程外载荷为关键因素，提出了易流态固体散货液化风险的分析方法。　　本文首先针对液化产生的流动性进行研究，借助动三轴试验与数值模拟工具总结货物液化与流动性的关系；以液化过程中每加载循环内的平均表观粘度作为表征流动性的变量，分别利用动三轴试验与离散元模拟软件PFC3D研究了典型易流态固体散货-红土镍矿的液化过程中平均表观粘度的变化特点；动三轴试验得到红土镍矿平均表观粘度不断减小，平均表观粘度降低了92.4%，流动性不断增大；通过对逐渐增大的动应力幅值载荷进行加载模拟，确定在以动三轴应变液化标准的条件下，液化点可以认为是流动性最大点，说明液化点可以作为判定固体散货液化发生流动引发风险的风险判定点。基于上述结论，总结提出了易流态固体散货液化风险的分析方法，首先确定航行过程中货物运输过程外载荷为货物液化的关键因素；以典型波浪谱Pierson-Moskowitz谱与Bitner-Gregersen波高与周期联合分布经验模型为理论基础，以ERA-Interim数据库作为未知条件的数据补充，对散货船航行航线进行离散化，求取特定航线散货船可能遭遇不同风浪流条件的特征参数；以选定散货船作为分析对象，根据尺寸数据与货物装载情况建立计算模型，通过水动力学计算软件AQWA来数值模拟研究散货船在给定波浪条件下散货船的运动响应与加速度运动情况，通过选定监测点加速度情况分析得到垂向加速度相较于其他两分量更为关键。基于土动力学中常用的地震液化可能性评价方法-Seed简化判别法，结合实际海运环境载荷特点，利用运输中货物加速度数据定量计算货物内部产生的剪应力，得到输入货物外载荷；通过动三轴试验测定货物的液化载荷阈值对比载荷与载荷阈值的关系建立了海运环境下易流态固体散货的液化风险分析方法。采用事故案例TransSummer沉没事故进行案例分析，验证了提出方法的可行性。从得到的船舱各点液化程度值分析来看，最可能发生液化风险的舱室是艏舱和艉舱，而靠近船舶重心与船舶中线附近的货物并不存在液化风险。　　本文对易流态固体散货的液化流动性分析可以为后续流体力学计算易流态固体散货对船舶稳性影响提供理论参考；本文提出的易流态固体散货液化流动风险分析方法可以从载荷因素最大程度的控制风险、降低极端海况造成严重损失风险的目的，为散货船的安全运输、易流态固体散货的风险管控提供参考依据，对于确保海上人命财产安全具有现实意义。
作者：	栗源
专业：	船舶与海洋工程
导师：	吴宛青
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2022