三体船三维时域波浪载荷计算方法研究及其应用
发布时间：2022-07-11 15:54
三体船因其优良的快速性、宽敞的甲板平台、较好的稳性和耐波性等诸多优点,近年来受到人们的关注,已逐渐成为当今国际造船业竞相开发的高性能船型。而三体船独特的船型特征在带来便利的同时,也提高了三体船设计开发的难度。由于三体船结构重量占整船重量的比例较大,其结构设计将直接影响到其船型优势的发挥。为了能够保障三体船良好的性能,在结构设计中往往需要借助设计载荷和结构强度直接计算等方法来辅助三体船的结构详细设计。而船体设计载荷和结构强度计算都是以波浪载荷预报为基础建立起来的。目前在工程上应用较为广泛的二维切片法和三维频域波浪载荷计算方法由于其高频低速假定,难以充分考虑航速效应对于三体船运动和波浪载荷的影响。而现有的三体船入级规范对于片体位于艉部的高速三体船的载荷设计和结构校核也具有一定的局限性。因此,急需一种针对于高速三体船的载荷预报方法和与之相配套的结构评估手段,来满足高速三体船载荷设计和结构优化的需要。以此为出发点,本文对三体船的波浪载荷预报开展了一系列的研究工作,并给出载荷预报方法在三体船设计载荷和结构强度评估方面的应用,建立了三体船载荷预报与结构强度评估体系,为后续我国三体船的结构设计和船型...
【文章页数】：169 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究工作的目的与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 三体船载荷计算的发展概况
1.2.2 三体船模型试验的发展概况
1.2.3 三体船波浪载荷计算与模型试验存在的不足
1.3 本文的主要工作和创新点
第2章 三体船载荷模型试验研究
2.1 概述
2.2 船体载荷试验技术的基本原理
2.2.1 相似理论
2.2.2 三体船模型设计
2.2.3 载荷测量方法
2.3 三体船模型载荷试验
2.4 三体船试验数据分析
2.4.1 规则波下三体船的运动与载荷
2.4.2 不规则波下三体船的运动与载荷
2.4.3 三体船的砰击压力分析
2.5 本章小结
第3章 基于时域Rankine源的三体船载荷计算方法研究
3.1 概述
3.2 流场描述和基本假设
3.3 边界积分方程
3.3.1 扰动速度势的定解条件
3.3.2 扰动势满足的边界积分方程
3.3.3 边界条件线性化处理
3.4 自由面条件的求解
3.4.1 基于Runge-Kutta的时间步进求解
3.4.2 阻尼层布置
3.4.3 滤波处理
3.5 三体船时域运动微分方程
3.6 砰击力的求解
3.6.1 动量砰击理论
3.6.2 三体船砰击力
3.7 不规则波的模拟
3.8 船体剖面载荷计算
3.9 三体船网格划分
3.9.1 B样条曲面的基本理论
3.9.2 三体船湿表面网格划分
3.9.3 三体船自由面网格划分
3.10 数值计算分析
3.10.1 平滑函数的设置及其影响分析
3.10.2 砰击力的施加及其影响分析
3.10.3 网格数量以及截面域的影响分析
3.10.4 三体船运动与载荷预报分析
3.10.5 理论预报和试验对比分析
3.11 本章小结
第4章 基于时域匹配法的三体船载荷计算方法研究
4.1 概述
4.2 时域匹配法的基本理论
4.2.1 时域匹配流场的建立
4.2.2 辐射问题的数值求解
4.2.3 绕射问题数值求解
4.3 三体船时域运动方程
4.4 时域自由面Green函数的数值计算
4.5 三体船控制面网格划分
4.6 数值计算分析
4.6.1 数值模拟的稳定性分析
4.6.2 砰击力的施加及其影响分析
4.6.3 网格数量以及截面域的影响分析
4.6.4 三体船运动与载荷预报分析
4.6.5 三体船载荷计算方法的综合分析
4.7 本章小结
第5章 三体船设计载荷计算与结构强度评估
5.1 概述
5.2 三体船设计载荷计算
5.2.1 三体船规范设计载荷计算
5.2.2 基于载荷预报的设计载荷计算
5.3 基于设计波法的三体船结构强度直接计算
5.3.1 三体船设计波方法
5.3.2 三体船总纵强度评估
5.3.3 三体船结构屈服强度评估
5.3.4 三体船结构屈曲强度评估
5.4 三体船结构疲劳强度评估
5.5 算例分析
5.5.1 三体船设计波工况的确立
5.5.2 三体船结构强度评估
5.5.3 载荷预报方法对于结构强度评估的影响
5.6 三体船载荷预报与结构强度评估体系
5.7 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
附录
附录A 三体船屈服强度评估结果
附录B 三体船屈曲强度评估结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同浪向下超大型船舶载荷响应特征的模型试验研究[J]. 陈占阳,李志鹏. 振动与冲击. 2017(19)
[2]三体船在迎浪不规则波中的运动和载荷试验研究[J]. 唐浩云,任慧龙,李辉,仲琦. 振动与冲击. 2017(18)
[3]基于弯扭耦合的破损船剩余强度评估方法研究[J]. 唐浩云,任慧龙,万千,李陈峰,冯国庆. 船舶力学. 2017(07)
[4]基于风险的船体结构监测点优化布置[J]. 任慧龙,唐浩云,贾连徽,万千. 哈尔滨工程大学学报. 2017(01)
[5]实际海浪环境中大尺度自航船模的水弹性与耐波性试验研究（英文）[J]. Jia-long JIAO,Hui-long REN,Shu-zheng SUN,Christiaan Adika ADENYA. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics ＆ Engineering）. 2016(06)
[6]基于水弹性理论的三体船纵向载荷预报[J]. 唐浩云,任慧龙,李辉,仲琦. 华中科技大学学报(自然科学版). 2016(01)
[7]分段模型波浪载荷试验槽型龙骨梁设计与研究[J]. 焦甲龙,任慧龙,杨虎,毛德龙. 振动与冲击. 2015(14)
[8]经典功率谱估计方法的研究[J]. 俱莹,何佳,胡稷鑫. 数字通信世界. 2015(04)
[9]片体位置及航速效应对三体船波浪载荷的影响[J]. 李霞丽,张世联,郑轶刊. 舰船科学技术. 2014(11)
[10]基于水动力-结构模型的波浪载荷计算方法[J]. 任慧龙,孙葳,李辉,童晓旺. 哈尔滨工程大学学报. 2014(07)
博士论文
[1]实际海浪环境中舰船大尺度模型运动与载荷响应试验研究[D]. 焦甲龙.哈尔滨工程大学 2016
[2]中高速船舶运动与波浪载荷三维时域计算方法研究[D]. 李志富.哈尔滨工程大学 2016
[3]船舶局部砰击载荷与结构响应计算方法研究[D]. 于鹏垚.哈尔滨工程大学 2016
[4]时域混合格林函数法及波浪中船舶运动的预报[D]. 唐恺.上海交通大学 2014
[5]浮式结构与柔性构件的耦合分析方法研究[D]. 张健.哈尔滨工程大学 2012
[6]船舶兴波与浮体运动的非线性现象研究[D]. 陈京普.中国舰船研究院 2011
[7]三体船型阻力预报、优化与系列性试验分析研究[D]. 周广利.哈尔滨工程大学 2010
[8]船舶与海洋结构物运动的三维时域方法及应用[D]. 朱海荣.上海交通大学 2009
[9]船舶波浪载荷的三维水弹性分析方法研究[D]. 李辉.哈尔滨工程大学 2009
[10]高速三体船砰击强度研究[D]. 曹正林.武汉理工大学 2008
硕士论文
[1]三体船波浪载荷研究与结构强度有限元分析[D]. 李霞丽.上海交通大学 2014
[2]三体船结构优化设计及有限元分析[D]. 张超.哈尔滨工程大学 2012
[3]高速三体船极限强度研究[D]. 刘维勤.武汉理工大学 2011
[4]基于Rankine源法舰船有航速时域三维波浪载荷计算[D]. 王伟飞.哈尔滨工程大学 2010
[5]基于Rankine源的舰船波浪载荷时域计算方法研究[D]. 李学菊.哈尔滨工程大学 2009
[6]高速三体船结构轻型化设计研究[D]. 杨赵华.武汉理工大学 2008
[7]船型要素对三体船耐波性和波浪载荷影响的数值计算[D]. 项久洋.武汉理工大学 2008
[8]三体船波浪诱导运动及载荷的数值预报研究[D]. 徐伟.上海交通大学 2008
[9]高速三体船片体布局优化实验研究[D]. 王红军.大连理工大学 2007
[10]船舶有航速辐射水动力计算研究[D]. 赵耀中.上海交通大学 2007
本文编号：3658449
【文章页数】：169 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究工作的目的与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 三体船载荷计算的发展概况
1.2.2 三体船模型试验的发展概况
1.2.3 三体船波浪载荷计算与模型试验存在的不足
1.3 本文的主要工作和创新点
第2章 三体船载荷模型试验研究
2.1 概述
2.2 船体载荷试验技术的基本原理
2.2.1 相似理论
2.2.2 三体船模型设计
2.2.3 载荷测量方法
2.3 三体船模型载荷试验
2.4 三体船试验数据分析
2.4.1 规则波下三体船的运动与载荷
2.4.2 不规则波下三体船的运动与载荷
2.4.3 三体船的砰击压力分析
2.5 本章小结
第3章 基于时域Rankine源的三体船载荷计算方法研究
3.1 概述
3.2 流场描述和基本假设
3.3 边界积分方程
3.3.1 扰动速度势的定解条件
3.3.2 扰动势满足的边界积分方程
3.3.3 边界条件线性化处理
3.4 自由面条件的求解
3.4.1 基于Runge-Kutta的时间步进求解
3.4.2 阻尼层布置
3.4.3 滤波处理
3.5 三体船时域运动微分方程
3.6 砰击力的求解
3.6.1 动量砰击理论
3.6.2 三体船砰击力
3.7 不规则波的模拟
3.8 船体剖面载荷计算
3.9 三体船网格划分
3.9.1 B样条曲面的基本理论
3.9.2 三体船湿表面网格划分
3.9.3 三体船自由面网格划分
3.10 数值计算分析
3.10.1 平滑函数的设置及其影响分析
3.10.2 砰击力的施加及其影响分析
3.10.3 网格数量以及截面域的影响分析
3.10.4 三体船运动与载荷预报分析
3.10.5 理论预报和试验对比分析
3.11 本章小结
第4章 基于时域匹配法的三体船载荷计算方法研究
4.1 概述
4.2 时域匹配法的基本理论
4.2.1 时域匹配流场的建立
4.2.2 辐射问题的数值求解
4.2.3 绕射问题数值求解
4.3 三体船时域运动方程
4.4 时域自由面Green函数的数值计算
4.5 三体船控制面网格划分
4.6 数值计算分析
4.6.1 数值模拟的稳定性分析
4.6.2 砰击力的施加及其影响分析
4.6.3 网格数量以及截面域的影响分析
4.6.4 三体船运动与载荷预报分析
4.6.5 三体船载荷计算方法的综合分析
4.7 本章小结
第5章 三体船设计载荷计算与结构强度评估
5.1 概述
5.2 三体船设计载荷计算
5.2.1 三体船规范设计载荷计算
5.2.2 基于载荷预报的设计载荷计算
5.3 基于设计波法的三体船结构强度直接计算
5.3.1 三体船设计波方法
5.3.2 三体船总纵强度评估
5.3.3 三体船结构屈服强度评估
5.3.4 三体船结构屈曲强度评估
5.4 三体船结构疲劳强度评估
5.5 算例分析
5.5.1 三体船设计波工况的确立
5.5.2 三体船结构强度评估
5.5.3 载荷预报方法对于结构强度评估的影响
5.6 三体船载荷预报与结构强度评估体系
5.7 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
附录
附录A 三体船屈服强度评估结果
附录B 三体船屈曲强度评估结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同浪向下超大型船舶载荷响应特征的模型试验研究[J]. 陈占阳,李志鹏. 振动与冲击. 2017(19)
[2]三体船在迎浪不规则波中的运动和载荷试验研究[J]. 唐浩云,任慧龙,李辉,仲琦. 振动与冲击. 2017(18)
[3]基于弯扭耦合的破损船剩余强度评估方法研究[J]. 唐浩云,任慧龙,万千,李陈峰,冯国庆. 船舶力学. 2017(07)
[4]基于风险的船体结构监测点优化布置[J]. 任慧龙,唐浩云,贾连徽,万千. 哈尔滨工程大学学报. 2017(01)
[5]实际海浪环境中大尺度自航船模的水弹性与耐波性试验研究（英文）[J]. Jia-long JIAO,Hui-long REN,Shu-zheng SUN,Christiaan Adika ADENYA. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics ＆ Engineering）. 2016(06)
[6]基于水弹性理论的三体船纵向载荷预报[J]. 唐浩云,任慧龙,李辉,仲琦. 华中科技大学学报(自然科学版). 2016(01)
[7]分段模型波浪载荷试验槽型龙骨梁设计与研究[J]. 焦甲龙,任慧龙,杨虎,毛德龙. 振动与冲击. 2015(14)
[8]经典功率谱估计方法的研究[J]. 俱莹,何佳,胡稷鑫. 数字通信世界. 2015(04)
[9]片体位置及航速效应对三体船波浪载荷的影响[J]. 李霞丽,张世联,郑轶刊. 舰船科学技术. 2014(11)
[10]基于水动力-结构模型的波浪载荷计算方法[J]. 任慧龙,孙葳,李辉,童晓旺. 哈尔滨工程大学学报. 2014(07)
博士论文
[1]实际海浪环境中舰船大尺度模型运动与载荷响应试验研究[D]. 焦甲龙.哈尔滨工程大学 2016
[2]中高速船舶运动与波浪载荷三维时域计算方法研究[D]. 李志富.哈尔滨工程大学 2016
[3]船舶局部砰击载荷与结构响应计算方法研究[D]. 于鹏垚.哈尔滨工程大学 2016
[4]时域混合格林函数法及波浪中船舶运动的预报[D]. 唐恺.上海交通大学 2014
[5]浮式结构与柔性构件的耦合分析方法研究[D]. 张健.哈尔滨工程大学 2012
[6]船舶兴波与浮体运动的非线性现象研究[D]. 陈京普.中国舰船研究院 2011
[7]三体船型阻力预报、优化与系列性试验分析研究[D]. 周广利.哈尔滨工程大学 2010
[8]船舶与海洋结构物运动的三维时域方法及应用[D]. 朱海荣.上海交通大学 2009
[9]船舶波浪载荷的三维水弹性分析方法研究[D]. 李辉.哈尔滨工程大学 2009
[10]高速三体船砰击强度研究[D]. 曹正林.武汉理工大学 2008
硕士论文
[1]三体船波浪载荷研究与结构强度有限元分析[D]. 李霞丽.上海交通大学 2014
[2]三体船结构优化设计及有限元分析[D]. 张超.哈尔滨工程大学 2012
[3]高速三体船极限强度研究[D]. 刘维勤.武汉理工大学 2011
[4]基于Rankine源法舰船有航速时域三维波浪载荷计算[D]. 王伟飞.哈尔滨工程大学 2010
[5]基于Rankine源的舰船波浪载荷时域计算方法研究[D]. 李学菊.哈尔滨工程大学 2009
[6]高速三体船结构轻型化设计研究[D]. 杨赵华.武汉理工大学 2008
[7]船型要素对三体船耐波性和波浪载荷影响的数值计算[D]. 项久洋.武汉理工大学 2008
[8]三体船波浪诱导运动及载荷的数值预报研究[D]. 徐伟.上海交通大学 2008
[9]高速三体船片体布局优化实验研究[D]. 王红军.大连理工大学 2007
[10]船舶有航速辐射水动力计算研究[D]. 赵耀中.上海交通大学 2007
本文编号：3658449
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