基于流固耦合方法的船体结构振动数值模拟研究

发布时间：2017-04-30 09:11

  本文关键词：基于流固耦合方法的船体结构振动数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自内燃机成为动力装置、以螺旋桨为推进器的钢质船舶问世以来,船体振动一直是一个严重的问题。尤其在近代，，随着船舶大型化、快速化方向发展以及船体结构的日益减轻,船体振动问题愈来愈显得突出。分析船体振动问题时，必须考虑流体与结构的相互作用，这将涉及到流体力学与结构力学理论和计算知识。目前船体与流体的耦合问题已成为船舶与海洋工程中的研究热点。 本文借助流体力学软件计算FLUENT和结构有限元分析软件ANSYS，针对处于水中运动的船舶，通过选取合适的计算条件，对船体结构总振动进行流固耦合数值模拟计算。其中，流场分析部分对带自由液面的船体周围三维粘性流场进行了数值模拟，并讨论了计算结果的有效性，为流固耦合振动分析提供了精确的流体载荷。 在对流固耦合原理和数值模拟方法详细分析的基础上，研究了FLUENT和ANSYS之间的耦合数据传递问题。在进行船体振动分析时，分别采用考虑附连水质量影响的刘易斯公式法和流固耦合法进行计算，通过比较验证了本文流固耦合法的可靠性。同时，本文对某复杂集装箱船体水下运动时的船体振动固有频率进行求解，为解决复杂船体流固耦合问题以及带自由液面情况下的耦合问题提供了有效的分析方法，为船舶设计和优化提供一定的参考价值。
【关键词】：自由液面 流固耦合 附连水质量 船体振动
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U661.44
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-16
• 1.1 论文的研究背景和意义9-10
• 1.2 流固耦合计算方案10-12
• 1.2.1 流固耦合概述及研究现状10-11
• 1.2.2 流固耦合分析方式11-12
• 1.2.3 流固耦合数值分析方法12
• 1.3 船舶总振动计算方法简介12-14
• 1.4 船舶总振动国内外研究现状14-15
• 1.5 本文主要研究内容15-16
• 第2章 三维粘性流场数值模拟16-24
• 2.1 流场数学模型16-20
• 2.1.1 控制方程16-17
• 2.1.2 湍流模型17-18
• 2.1.3 自由液面-VOF 计算模型18-20
• 2.2 流场求解数值计算方法：20-22
• 2.2.1 控制方程的离散20-22
• 2.2.2 压力-速度耦合问题的有限体积法22
• 2.3 流体域求解计算流程22-24
• 第3章 空间结构振动数值模拟方法24-31
• 3.1 单元类型的选择24-27
• 3.1.1 十节点四面体等参单元24-25
• 3.1.2 等参单元的应变矩阵25-26
• 3.1.3 等参单元的应力矩阵26
• 3.1.4 等参单元的刚度矩阵26-27
• 3.2 结构小位移弹性理论基础27-29
• 3.2.1 最小位能原理和最小余能原理27-28
• 3.2.2 流体-结构耦合振动基本方程式28-29
• 3.3 边界条件29-30
• 3.4 结构分析流程图30-31
• 第4章 船体周围粘性流场绕流数值模拟31-42
• 4.1 计算模型31-32
• 4.1.1 物理模型31
• 4.1.2 网格划分31-32
• 4.2 边界条件32
• 4.3 计算结果及分析32-37
• 4.4 复杂船体绕流数值模拟37-41
• 4.4.1 复杂船体计算模型37-38
• 4.4.2 计算结果和分析38-41
• 4.5 本章小结41-42
• 第5章 船体结构振动分析42-55
• 5.1 附连水影响下船体振动计算研究42-43
• 5.1.1 附连水对船体总振动的影响42-43
• 5.1.2 刘易斯法附连水理论43
• 5.2 计算模型的建立43-45
• 5.2.1 WIGLEY 船体计算参数43-44
• 5.2.2 网格划分44-45
• 5.3 不考虑流体影响的船体振动分析45-46
• 5.4 考虑附连水质量影响的船体振动分析46-49
• 5.4.1 刘易斯法船体振动计算结果46-48
• 5.4.2 流固耦合法船体振动计算结果48-49
• 5.4.3 计算结果分析49
• 5.5 船体水下运行时振动分析49-51
• 5.5.1 耦合求解过程49-50
• 5.5.2 计算结果和分析50-51
• 5.6 复杂船体流固耦合结构振动应用51-54
• 5.6.1 计算模型52
• 5.6.2 计算结果和分析52-54
• 5.7 本章小结54-55
• 第6章 总结与展望55-57
• 6.1 总结55-56
• 6.2 展望56-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-61
• 附录61-63
• 在学期间发表的学术论文63

【参考文献】

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本文编号：336579