弹性液舱内液体晃荡特性研究

发布时间：2017-05-08 06:29

  本文关键词：弹性液舱内液体晃荡特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：日益增长的载液船舶的需求使其运输的安全性在业界备受关注。此类船舶部分装载的工况使其在航行中可能发生剧烈晃荡，晃荡呈强烈的非线性特点，产生的砰击压力脉冲既不简谐也不周期，大小也不能确切预知。由晃荡引起的冲击压力可以引起舱壁结构的破坏，在恶劣海况下也会影响到船舶的稳性。精确预报液体晃荡载荷是载液船舶安全使用的首要条件，也是载液船舶设计过程中的重要步骤。目前，各国学者关于晃荡的研究绝大多数都是针对刚性液舱展开的，由于流固耦合问题的复杂性，弹性液舱内晃荡现象的研究极为少见。本文在大量阅读国内外相关文献的基础上，主要完成了以下几个方面的工作： 1)按照刚性液舱内液体晃荡特性研究，耦合船体运动的液舱晃荡特性研究，耦合挡板的液舱晃荡特性研究，弹性液舱内液体晃荡特性研究四个方面分类，对近五年国内外晃荡研究现状进行较为全面的综述； 2)建立弹性液舱晃荡的数学模型，即流体运动基本方程，结构运动方程及边界条件。并提出有限体积法/显式积分求解法/任意拉格朗日欧拉法三者相结合的这一流固耦合问题的数值解法； 3)提出基于瞬态动力学软件MSC.Dytran分析弹性液舱晃荡的数值模型，总结出一套行之有效的计算弹性液舱晃荡的方法流程； 4)结合《双壳油轮规范》相关内容，对一31.6万吨超大型油轮（VLCC）实船弹性液舱进行晃荡模拟。利用Matlab编制低通滤波程序，将滤波后的基于MSC.Dytran软件计算的刚化液舱晃荡载荷结果与CFD计算结果相比对，，验证本文提出方法的正确性及可行性； 5)计算并分析舱壁厚度、外部激励参数、装载率等因素变化对弹性液舱内晃荡载荷与响应产生的影响； 6)将结构响应转化到频域范围，对弹性液舱内晃荡现象的产生给出合理解释。
【关键词】：弹性液舱 VLCC 晃荡分析 流固耦合 结构响应
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U661
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• CONTENTS10-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 课题研究的背景及意义12
• 1.2 国内外研究现状综述12-20
• 1.2.1 刚性液舱内液体晃荡特性研究13-18
• 1.2.2 耦合船体运动的液舱晃荡特性研究18
• 1.2.3 耦合弹性挡板结构的液舱晃荡特性研究18-19
• 1.2.4 弹性液舱内液体晃荡特性研究19-20
• 1.3 尚需开展的工作20
• 1.4 本文主要工作20-22
• 第2章 弹性液舱晃荡的数学模型及数值解法22-32
• 2.1 引言22-23
• 2.2 弹性液舱晃荡的数学模型23-25
• 2.2.1 流体运动基本方程23
• 2.2.2 结构运动方程23-24
• 2.2.3 边界条件24-25
• 2.3 数值解法25-30
• 2.3.1 有限体积法流体控制方程离散25-27
• 2.3.2 结构运动方程求解方法27-29
• 2.3.3 ALE 法29-30
• 2.4 本章小结30-32
• 第3章 弹性液舱晃荡数值模拟程序实现32-40
• 3.1 MSC.Dytran 软件介绍32
• 3.2 弹性液舱晃荡的数值模拟方法32-35
• 3.2.1 欧拉求解器32-33
• 3.2.2 拉格朗日求解器33
• 3.2.3 耦合算法33-35
• 3.3 弹性液舱晃荡的数值模拟模型35-38
• 3.4 弹性液舱晃荡数值模拟流程38
• 3.5 本章小结38-40
• 第4章 三维刚性液舱晃荡数值模拟40-54
• 4.1 引言40
• 4.2 VLCC 实船模型40-41
• 4.3 坐标系建立41-42
• 4.4 数值模拟模型建立42-45
• 4.4.1 分析模型简化42-43
• 4.4.2 装载工况选取43
• 4.4.3 外界运动激励函数确定43-45
• 4.5 验证算例45-53
• 4.5.1 算例描述45-47
• 4.5.2 模型建立47-48
• 4.5.3 计算结果48-49
• 4.5.4 低通滤波 MATLAB 实现49-51
• 4.5.6 滤波处理结果比对分析51-53
• 4.6 本章小结53-54
• 第5章 三维弹性液舱晃荡数值模拟54-90
• 5.1 引言54
• 5.2 计算模型说明54
• 5.3 液舱壁厚度对弹性液舱晃荡影响分析54-66
• 5.4 外部激励参数对弹性液舱晃荡影响分析66-71
• 5.5 装载率对弹性液舱晃荡影响分析71-82
• 5.5.1 压强值比对分析71-74
• 5.5.2 自由液面形状比对分析74-77
• 5.5.3 应力应变值比对分析77-82
• 5.6 弹性液舱晃荡机理分析82-89
• 5.6.1 结构干模态分析82-84
• 5.6.2 液舱内水体晃荡固有频率分析84
• 5.6.3 结构响应频域分析84-89
• 5.7 本章总结89-90
• 第6章 总结与展望90-92
• 6.1 总结90
• 6.2 展望90-92
• 参考文献92-96
• 攻读学位期间发表的学术论文96-98
• 致谢98-99
• 详细摘要99-103

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