基于三维水弹性力学的船舶疲劳评估

发布时间：2020-05-10 07:32

【摘要】：近些年来,随着船舶主尺度的增大,高强度钢的使用,船体刚度不断下降,船体结构在波浪中弹性变形的幅值较之刚体运动幅值已经不可忽略,传统的波浪载荷理论与现有的船舶规范在船体运动与波浪载荷的计算中逐渐表现出了其局限性。因此,为了对大型船舶结构进行安全合理地设计,保证其安全性和可靠性,在大型船舶的运动性能及结构评估时必须要将流体动力学与船体结构动力学理论相结合,统一地处理船体弹性变形与流体运动的相互作用问题。三维水弹性力学理论在这些方面表现出了越来越广泛的发展潜力与应用前景。然而,迄今为止国内外主流的商业软件尚不能考虑船体弹性变形的影响,三维水弹性力学分析软件THAFTS在这样的背景下应运而生。本文基于三维水弹性力学理论与THAFTS软件体系对THAFTS在大型船舶结构设计与疲劳分析中的应用展开了研究。首先,建立了大型散货船与集装箱船的有限元模型与水动力网格模型,给出了船体干结构在真空中的模态分析结果,在此基础上展开了水动力系数、波浪激励力、主坐标响应的计算工作,并同时给出了AQWA刚体计算结果对比,讨论了航速的影响。其次,对船体主坐标响应与船舯剖面载荷幅频响应呈现的波激振动现象进行了分析研究,讨论了航速与浪向对波激振动的影响,同时探讨了波激振动现象发生的机理。第三,针对船体运动与剖面载荷进行了短期预报、长期预报,讨论了航速对船体剖面载荷长期预报结果的影响,并将剖面载荷沿船长分布的长期预报结果与CCS规范结果进行了对比。最后,建立了考虑波激振动的疲劳谱分析法,对大型散货船与集装箱船的疲劳损伤进行校核,计算了典型节点的应力和疲劳寿命,与传统的疲劳分析方法得到的结果进行了对比,探讨了波激振动现象对船体结构疲劳损伤的影响。综上,论文基于THAFTS软件,采用三维水弹性力学理论,开展了船舶运动、载荷及疲劳损伤评估的研究,初步分析了波激振动现象对载荷及疲劳强度的影响,所得结论为大型船舶的结构设计与疲劳分析提供了一定的参考。
【图文】：

框图,软件体系结构,框图,影响因子

响因子的数值范围为 1.1 至 1.3，一般情况下在 1.2 附近；而当同时考虑波激振动与颤振对船体结构疲劳损伤的影响时，疲劳影响因子的范围为 1.2 至 1.6，而且疲劳影响因子会随着不同的集装箱船型而发生变化。1.4 三维水弹性力学分析软件 THAFTS 介绍

模型图,散货船,模型

2.1 计算对象参数货船作为一种常规船舶，现有的规范在对船体的强度与疲劳特性进行分析时有考虑其弹性效应的影响。为了开展三维水弹性响应的研究工作，首先通TRAN 建立了大型散货船的有限元模型，整船模型的总体坐标系采用右手直标系，，原点设在船体中纵剖面内尾垂线和基线的交线上，其中 x 轴沿船长方向船首方向为正；y 轴沿船宽方向，从中心指向左舷为正；z 轴沿船垂向向上基线向上为正。散货船有限元模型包括整个船长，船宽范围内的船体结构包括左右舷在内的货舱区域、艏艉结构、机舱、上层建筑等在内的所有构外，模型中还包含主要支撑构件，货舱区域的普通构件。散货船有限元模型 3-1，干结构有限元模型包含 31839 个单元，其中梁单元 16187 个。另外，立了水动力网格模型，共包含 621 个面单元，见图 3-2。大型散货船的主要及其它主要参数见表 3-1。
【学位授予单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U661

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