上浪载荷对船体总纵强度及局部强度的影响

发布时间：2020-03-25 02:36

【摘要】：船舶在大海上航行时,会遭受各种极端恶劣的天气,当波浪达到一定的程度时,就会发生甲板上浪。甲板上浪是一种比较常见的情况,但是甲板上浪会对船舶的性能、结构稳定度和船舶的安全性能造成影响。甲板上浪会对甲板形成抨击作用,以及抨击后的激射水流可能造成抨击区域附近的甲板和建筑物的损坏,甚至船体在抨击作用下结构失稳,造成灾难性的后果。而且甲板上浪之后,水体会在甲板上自由的流动,也会对甲板上的上层建筑物产生影响,甚至造成甲板上的建筑物强度失稳的情况发生,因此甲板上浪对于船舶总纵强度和局部强度的影响是十分重要。1、本文对国内外甲板上浪的研究现状进行了分析整理,分析发现对于船的甲板上浪基本都是依照经验公式进行计算校核,并没有切实可行的方法对甲板上浪产生的非线性力学冲击进行计算,有的仅仅是依靠造波计算静水压力下的甲板上浪。分析发现,该种方法无法精确的模拟出波浪打在甲板上的非线性的抨击效果,仅仅是波浪平稳的流动过去,无法真实的反应船体收到波浪载荷的抨击作用,因此本文提出利用溃坝理论和落体理论分析甲板上浪,真实的通过实验的方法得到上浪载荷产生的强非线性抨击载荷。2、通过对溃坝型和落体型的理论研究,并且通过理论的方法验证这两种方法的可行性,计算二维的溃坝型甲板上浪和落体型甲板上浪,并从二维的角度验证了这种方法的可行性;利用Stokes波的三阶波浪编写数值波浪的程序,并且在二维的数值水池中计算二维数值造波,验证了数值造波可以作为一种甲板上浪的方式来验证船体在航行时的甲板上浪对船体性能的影响。3、在数值水池中进行了三维数值造波形式的甲板上浪,并且分析了该种情况下的船体总纵强度和局部强度的影响;之后分析了三维溃坝型甲板上浪,精确的模拟了波浪运动过程中与船体相撞、波浪翻卷、甲板上浪和水体在甲板上流动等过程对船体局部强度的影响;最后分析了落体型的甲板上浪,该种上浪模式可以准确的模拟极端情况下,当浪高出船很高时,整个船体都受到波浪载荷的作用,这种情况下形成的甲板上浪对船体总纵强度的影响。该种方法的关键点是准确模拟出水体在一定高度落下抨击甲板和上层建筑物的过程,可以真实有效的模拟波浪在翻卷过程中对船体的抨击作用。4、本文使用了数值造波、溃坝型和自由落体型三种方法来模拟甲板上浪,通过分析对比发现,数值造波只能模拟稳定的波浪对船体的影响,溃坝型和自由落体形式的甲板上浪可以准确的模拟波浪对甲板和上层建筑物的抨击作用,真实的再现船舶在海中航行时的甲板上浪的过程,发生机理和对船舶总纵强度和局部强度产生的影响,并通过这样的方针对船体的建造提出一定的防护措施,防止因为甲板上浪造成船只的破坏。利用上面的方法可以真实的再现甲板上浪对船体产生的强非线性载荷,对未来船舶建造过程中波浪载荷的计算提供一种新的校核方法。
【图文】：

舶不断向大型化、节能安全的方向发展，各种吸引人眼球的高科技船舶不随着海洋技术的跨越式发展，新型船舶在各种力学性能上更加突出，更加计和在更加复杂的海况下航行的能力[2]。因此，新型船舶在复杂海况下航多的不确定的海洋因素，其中包括：波浪载荷作用下的非线性波浪力、波作用、甲板上浪和船体本身货物的液体晃荡造成船体本身受到非线性载荷杂海况下的因素都将成为船舶结构设计中亟待解决的新问题[3]。为大型集装箱船在运输行业里面具有明显的优势，比如固定的周期、适合物、长距离的跨洋运输，并且可以冷藏货物而且货物的损耗比较低，越来司的青睐，从而使集装箱船在航运业中成为发展最快速的船舶之一。在新大增强海洋货物运输强度，快速发展大型集装箱船成为世界经济发展的趋能在各种复杂海况下运营并保证货物和船舶安全的能力。船舶在大海中航复杂的海况，不可避免的恶劣天气会造成严重的甲板上浪，使得大量水体且涌上甲板的水具有十分巨大的动能，将对船舶的上层建筑、控制室、甲巨大损害[4]。

图 1.2 甲板上浪（图片来自互联网）引起的强大海浪会引起严重的甲板上浪，还会产生非线性的船舶运动影响船舶的纵向强度，而且甲板上浪产生的波浪载荷对船舶甲板和上作用，十分严重的甲板上浪会造成船舶控制室的损坏，甚至击碎舱口船上的装备，使得船舶稳定性恶化。甲板上的甲板上浪，波浪在初始下，沿着甲板流动造成各个舱室的进水，甚至造成船舶翻船。自有海有 100 多万艘大中型船舶遭受巨浪狂风袭击沉没[5]。板上浪的国内外研究现状舶在恶劣海况中航行时，船体在波浪中的不稳定运动会造成甲板上浪间部位和船尾都会成为甲板上浪发生的区域，这取决于船舶和波浪相甲板上浪主要是由船舶和波浪的相对运动引起的，，通常甲板上浪指波板的现象，甲板上浪过程可以分为四个阶段：波浪沿船首爬升、甲板流动和水体冲击甲板或上层建筑物等[7]。对于甲板建筑物在船头的船
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U661

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 屈波;马乃绪;黄青松;文亚南;时志能;;基于双向流固耦合理论的可倾瓦推力轴承润滑性能研究[J];润滑与密封;2015年05期

2 龚丞;朱仁传;缪国平;范菊;;基于CFD的高速船甲板上浪载荷的工程计算方法[J];船舶力学;2014年05期

3 廉静静;尹勇;杨晓;高帅;;基于粘性流船舶数值波浪水池造波和消波方法研究[J];船舶力学;2013年Z1期

4 封星;吴宛青;吴文锋;张成兴;;二维数值波浪水槽在FLUENT中的实现[J];大连海事大学学报;2010年03期

5 兰雅梅;郭文华;宋秋红;袁军亭;;基于VOF方法的造波、消波技术[J];中国海洋平台;2010年01期

6 任志安;郝点;谢红杰;;几种湍流模型及其在FLUENT中的应用[J];化工装备技术;2009年02期

7 董志;詹杰民;;基于VOF方法的数值波浪水槽以及造波、消波方法研究[J];水动力学研究与进展A辑;2009年01期

8 吴乘胜;朱德祥;顾民;;数值波浪水池及顶浪中船舶水动力计算[J];船舶力学;2008年02期

9 钱若军;董石麟;袁行飞;;流固耦合理论研究进展[J];空间结构;2008年01期

10 李地元;李夕兵;张伟;宫凤强;黄炳仁;;基于流固耦合理论的连拱隧道围岩稳定性分析[J];岩石力学与工程学报;2007年05期

相关博士学位论文 前1条

1 张海彬;FPSO储油轮与半潜式平台波浪载荷三维计算方法研究[D];哈尔滨工程大学;2004年

相关硕士学位论文 前7条

1 叶海轩;船首甲板上浪问题的数值模拟[D];上海交通大学;2015年

2 相昌盛;三维数值波浪水槽的构建及其应用研究[D];中国海洋大学;2013年

3 查晶晶;基于OpenFOAM的数值造波与消波模型及其应用[D];上海交通大学;2011年

4 李宏伟;数值水池造波方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

5 曹洪建;基于FLUENT的滑行艇阻力计算研究[D];哈尔滨工程大学;2008年

6 李胜忠;基于FLUENT的二维数值波浪水槽研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

7 吴小川;溃坝过程及洪水波演进数值模拟研究[D];南京水利科学研究院;2004年

本文编号：2599256