弹振载荷作用下超大型集装箱船的结构动力响应分析
发布时间：2020-12-10 07:40
随着船舶朝着大型化的发展,在船舶波浪载荷预报中基于刚体理论的研究方法,以及在结构强度评估中基于准静态的方法已经越来越不能满足计算要求。对于大型船舶波浪载荷的预报则出现了基于水弹性理论的计算方法,在结构强度评估中则越来越多的采用动力分析方法。然而目前其发展的还不够完善,对于基于水弹性理论的波浪载荷预报方法,目前计算精度较高的分为三维线性频域和三维非线性时域预报方法,然而在这两种方法各有优劣及其差异性。对于结构强度评估则首先需要计算得到结构的应力应变响应,对于超大型船舶来说由结构的弹性效应引起的响应量级可与波频结果相当。目前国内外对弹振载荷作用下的船体结构动力响应研究很少,而对于超大型船舶来说有必要对全船结构的弹振响应计算方法进行研究。本文具体研究内容如下:(1)基于对船舶波浪载荷频域和时域水弹性计算方法的研究,本文利用两种不同计算方法分别对四条样本船进行波浪载荷计算,将时域和频域的垂向弯矩与运动结果分别进行对比分析,对两种计算方法的差异性进行研究。(2)根据本文提出的船舶结构动力响应分析方法,首先对结构外载荷和变形条件进行求解。本文分别基于船舶波浪载荷频域和时域水弹性理论对船体结构弹性变...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
准静态计算流程
遍采用的是准静态方法，其假定结构的响应是静态线性的，其流程如图1.1所示。而结构的动力承载能力和静力承载能力有着明显不同，因此，要想合理准确的评价超大型集装箱船的船体结构的安全性能，对于弹振和颤振的影响必须要采用动力分析方法。首先需要对结构的干模态进行分析，根据规范可知一般取前10阶振动模态即可满足工程计算精度要求，通过模态振形将结构模型转换成水动力模型，通过对水动力的求解建立起波激振动方程并进行求解，得到对应模态的主坐标，最后通过模态叠加方法求得船体的剖面载荷、运动等[7-8]，其流程如图1.2所示。通过有限元软件可以计算船舶结构在激励力作用下的响应，包括应力、变形、速度、加速度等指标。图1.1准静态计算流程图1.2动力响应计算流程1.2国内外研究现状1.2.1三维线性频域和三维非线性时域水弹性理论研究船舶波浪载荷水弹性理论根据求解方法的不同，可以划分为二维水弹性理论、三维水弹性理论，其中根据计算条件又分为线性频域和非线性时域[9]。由于二维水弹性方法具有很大的局限性，使得其只适用于细长型船。目前广泛采用的是三维线性频域水弹性计算方法，该方法计算简单，计算效率高，适用范围广泛。在2009年的举行的世界水弹性专门会议中，Temarel提出水弹性最近和当前的发展趋势是考虑非线性和粘性流动
第1章绪论5速提升以及在某些工程问题中需要使用动力分析方法具有不可替代的位置，使得动力学分析方法得到了快速发展。目前对于波浪载荷作用下的全船结构动力响应分析方法的研究主要集中在国外船级社，国内更着重于研究冲击载荷或激振力作用下船体结构的局部动力响应。MalenicaS等人[25]给出了水动力载荷作用下船体的结构响应计算方法，其将水动力载荷从水动力模型向结构模型转移时，采用了重新计算来替代传统的插值方法，并且将水动压力组成成分分开向结构模型转移，既避免了插值方法存在的困难，也避免了船体结构动力学方程不平衡的影响。其基于此方法结合有限元软件开发了一款从计算船舶水动力到输出结构响应的软件，具体计算流程如下图1.3所示。图1.3水动力载荷作用下船体响应计算流程其中：AMG—水动力网格生成；HYDROSTAR—流体动力学求解；NASTRAN—三维有限元结构响应求解；LISA—根据水动力网格选取的结构点；MARGE—求解运动方程及定义加载工况；<>-H.MSH—水动力网格信息；<>-S.MSH—有限元结构网格信息；<>.PPI—处理后的结构点文件；<>.PRS—每个结构点的不同压力分量的文件；<>.LOA—最终结构加载的文件；<>.HSI—HYDROSTAR的输入文件；<>.RFO—反作用力文件；
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于船体梁的船体弹性变形预报方法[J]. 黄强,李辉,任慧龙,吴兆年,王宇博. 船舶工程. 2017(08)
[2]运动边界相似法及船舶结构动力分析应用[J]. 刘峰,庞福振,韩端锋,缪旭弘. 振动与冲击. 2014(20)
[3]基于子结构技术的全船总体和局部振动研究[J]. 张新伟. 船舶设计通讯. 2013(01)
[4]集装箱船结构动力学分析[J]. 黄海燕,刘晓卫. 船海工程. 2011(02)
[5]集装箱船的振动与响应评估[J]. 吴嘉蒙. 上海造船. 2009(04)
[6]波浪中船舶结构惯性力及在数值分析中加载方法研究[J]. 谢小华,龚君来. 船海工程. 2007(02)
[7]船体非线性波浪载荷的水弹性分析[J]. 宋竞正,任慧龙,戴仰山. 中国造船. 1995(02)
博士论文
[1]船体结构的静力极限强度和砰击动力响应[D]. 姬振华.上海交通大学 2015
[2]船舶结构疲劳强度评估方法研究[D]. 冯国庆.哈尔滨工程大学 2006
[3]高速船舶运动与波浪载荷计算的二维半理论研究[D]. 马山.哈尔滨工程大学 2005
硕士论文
[1]船舶总体振动的附加水质量算法研究[D]. 何欢.大连理工大学 2014
[2]自航绞吸挖泥船结构强度和动力响应的分析与优化[D]. 王军辉.上海交通大学 2013
[3]13300TEU超大型集装箱船设计与结构分析技术研究[D]. 钱欣玉.上海交通大学 2013
[4]自升式海洋平台结构动力响应分析[D]. 陆浩华.武汉理工大学 2005
本文编号：2908334
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
准静态计算流程
遍采用的是准静态方法，其假定结构的响应是静态线性的，其流程如图1.1所示。而结构的动力承载能力和静力承载能力有着明显不同，因此，要想合理准确的评价超大型集装箱船的船体结构的安全性能，对于弹振和颤振的影响必须要采用动力分析方法。首先需要对结构的干模态进行分析，根据规范可知一般取前10阶振动模态即可满足工程计算精度要求，通过模态振形将结构模型转换成水动力模型，通过对水动力的求解建立起波激振动方程并进行求解，得到对应模态的主坐标，最后通过模态叠加方法求得船体的剖面载荷、运动等[7-8]，其流程如图1.2所示。通过有限元软件可以计算船舶结构在激励力作用下的响应，包括应力、变形、速度、加速度等指标。图1.1准静态计算流程图1.2动力响应计算流程1.2国内外研究现状1.2.1三维线性频域和三维非线性时域水弹性理论研究船舶波浪载荷水弹性理论根据求解方法的不同，可以划分为二维水弹性理论、三维水弹性理论，其中根据计算条件又分为线性频域和非线性时域[9]。由于二维水弹性方法具有很大的局限性，使得其只适用于细长型船。目前广泛采用的是三维线性频域水弹性计算方法，该方法计算简单，计算效率高，适用范围广泛。在2009年的举行的世界水弹性专门会议中，Temarel提出水弹性最近和当前的发展趋势是考虑非线性和粘性流动
第1章绪论5速提升以及在某些工程问题中需要使用动力分析方法具有不可替代的位置，使得动力学分析方法得到了快速发展。目前对于波浪载荷作用下的全船结构动力响应分析方法的研究主要集中在国外船级社，国内更着重于研究冲击载荷或激振力作用下船体结构的局部动力响应。MalenicaS等人[25]给出了水动力载荷作用下船体的结构响应计算方法，其将水动力载荷从水动力模型向结构模型转移时，采用了重新计算来替代传统的插值方法，并且将水动压力组成成分分开向结构模型转移，既避免了插值方法存在的困难，也避免了船体结构动力学方程不平衡的影响。其基于此方法结合有限元软件开发了一款从计算船舶水动力到输出结构响应的软件，具体计算流程如下图1.3所示。图1.3水动力载荷作用下船体响应计算流程其中：AMG—水动力网格生成；HYDROSTAR—流体动力学求解；NASTRAN—三维有限元结构响应求解；LISA—根据水动力网格选取的结构点；MARGE—求解运动方程及定义加载工况；<>-H.MSH—水动力网格信息；<>-S.MSH—有限元结构网格信息；<>.PPI—处理后的结构点文件；<>.PRS—每个结构点的不同压力分量的文件；<>.LOA—最终结构加载的文件；<>.HSI—HYDROSTAR的输入文件；<>.RFO—反作用力文件；
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于船体梁的船体弹性变形预报方法[J]. 黄强,李辉,任慧龙,吴兆年,王宇博. 船舶工程. 2017(08)
[2]运动边界相似法及船舶结构动力分析应用[J]. 刘峰,庞福振,韩端锋,缪旭弘. 振动与冲击. 2014(20)
[3]基于子结构技术的全船总体和局部振动研究[J]. 张新伟. 船舶设计通讯. 2013(01)
[4]集装箱船结构动力学分析[J]. 黄海燕,刘晓卫. 船海工程. 2011(02)
[5]集装箱船的振动与响应评估[J]. 吴嘉蒙. 上海造船. 2009(04)
[6]波浪中船舶结构惯性力及在数值分析中加载方法研究[J]. 谢小华,龚君来. 船海工程. 2007(02)
[7]船体非线性波浪载荷的水弹性分析[J]. 宋竞正,任慧龙,戴仰山. 中国造船. 1995(02)
博士论文
[1]船体结构的静力极限强度和砰击动力响应[D]. 姬振华.上海交通大学 2015
[2]船舶结构疲劳强度评估方法研究[D]. 冯国庆.哈尔滨工程大学 2006
[3]高速船舶运动与波浪载荷计算的二维半理论研究[D]. 马山.哈尔滨工程大学 2005
硕士论文
[1]船舶总体振动的附加水质量算法研究[D]. 何欢.大连理工大学 2014
[2]自航绞吸挖泥船结构强度和动力响应的分析与优化[D]. 王军辉.上海交通大学 2013
[3]13300TEU超大型集装箱船设计与结构分析技术研究[D]. 钱欣玉.上海交通大学 2013
[4]自升式海洋平台结构动力响应分析[D]. 陆浩华.武汉理工大学 2005
本文编号：2908334
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