船体结构砰击载荷的计算研究

发布时间：2017-08-12 10:16

  本文关键词：船体结构砰击载荷的计算研究

  更多相关文章： 砰击压力 ALE算法 仿真模拟 附加质量 破波

【摘要】：流体和结构的相互砰击问题普遍存在于船舶与海洋工程领域。被砰击的船体局部区域结构可能会发生屈曲破坏,瞬时冲击压力非常强大的状况下可能引起船体变形甚至解体。在实际应用中研究船体结构在工作环境下所受砰击压力规律很有必要。本文在查阅了很多文献的基础上,对砰击问题的概念、分类以及国内外在该领域的研究进展情况进行了介绍。本文用理论分析和数值模拟两种方法研究了流体与结构相互砰击的现象及其一般规律。首先重新将砰击类型定义为两类,第一类砰击中水质点初始时刻速度为零,典型问题为结构入水砰击;第二类砰击中水质点初始时刻速度不为零,例如船舶在波浪中运动时船首尾遭遇波浪砰击。针对第一类砰击,本文在ALE方法的基础上,前后处理和中间计算采用大型分析软件LS-DYNA,依次进行建模、计算和分析,有效地模拟了某高速艇船底二维楔形体结构的砰击入水和首部龙骨处的平底结构的砰击入水,仿真结果同时和实验值、SPH法模拟数据对比一致。另外,对影响入水分析的各种因素诸如入水速度、结构材料、板子厚度以及入水角度等分别进行对比计算,并对数值模拟结果进行了讨论和分析。针对第二类砰击,在普通切片理论的基础上,依据数值模拟波浪中船舶运动时历的方法,给出了不规则波中船体艏部切片的结构波浪相对空间位置,相应位置上波面形态,相对运动速度的预报,考虑波浪的非线性影响,对波前陡度进行修正,再运用波浪砰击压力与结构表面水的附加质量变化率之间的关系,利用Math CAD编制了相关程序,对破波作用在某FPSO船艏外飘结构的砰击压力实现预报,并与实验结果进行了比较,验证了程序具有正确性和稳定性。文章的工作促进了对流体结构砰击问题的理解,完善了流固砰击载荷的计算方法,得出了一些砰击力作用形式和大小方面有实际用处的结论,对于船舶结构以及一些离岸工程结构物的设计具有指导意义,另外也指出了存在的不足和需要深入的研究方向。
【关键词】：砰击压力 ALE算法 仿真模拟 附加质量 破波
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U661.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题研究的目的和意义8-10
• 1.2 砰击问题研究方法10
• 1.3 砰击问题国内外研究概述10-14
• 1.3.1 理论公式推导10-11
• 1.3.2 数值模拟研究11-12
• 1.3.3 物理模型实验研究12-14
• 1.4 本文主要研究内容14-16
• 第2章 船体结构砰击响应计算公式推导16-32
• 2.1 ALE法应用基础16-17
• 2.2 ALE方法分析船底结构入水响应过程推导17-22
• 2.2.1 液面晃动的计算17-21
• 2.2.2 入水响应的计算21-22
• 2.3 流固砰击耦合效应分析22-27
• 2.3.1 计算流固动力作用22-24
• 2.3.2 结构动力响应分析24-26
• 2.3.3 流固耦合方程26-27
• 2.4 船艏破波砰击载荷近似计算模型建立27-31
• 2.4.1 破波水动压力公式推导27-29
• 2.4.2 波浪非线性的讨论29
• 2.4.3 圆柱体表面砰击压力计算29-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 船底结构入水砰击载荷仿真计算32-56
• 3.1 软件ANSYS/LS-DYNA概要32-35
• 3.1.1 计算的稳定性32-34
• 3.1.2 无反射边界条件34-35
• 3.2 二维楔形体入水砰击时的数值模拟35-41
• 3.2.1 试验模型35
• 3.2.2 有限元模型35-36
• 3.2.3 数值结果分析36-39
• 3.2.4 自由液面的变化和飞溅效应39-41
• 3.3 入水过程分析41-45
• 3.3.1 结构受力分析41-43
• 3.3.2 流场的变化情况分析43-45
• 3.4 结果和讨论45-50
• 3.4.1 入水速度对结果的影响45-46
• 3.4.2 结构材料对结果的影响46-47
• 3.4.3 板子厚度对结果的影响47-48
• 3.4.4 入水角度对结果的影响48-50
• 3.5 二维平底结构入水砰击时的数值模拟50-54
• 3.5.1 有限元模型51-52
• 3.5.2 数值结果分析52-54
• 3.5.3 自由液面的变化和飞溅效应54
• 3.6 本章小结54-56
• 第4章 船艏结构破波砰击载荷计算研究56-68
• 4.1 引言56-57
• 4.2 船体在波浪中的运动计算57-59
• 4.2.1 随机波波形模拟57
• 4.2.2 船舶的垂荡、纵摇和纵荡运动求解57-59
• 4.3 船波相对速度的计算59-60
• 4.3.1 图谱修正法59-60
• 4.3.2 水质点速度和加速度的计算60
• 4.3.3 水平相对速度计算60
• 4.4 船艏表面附加质量的计算60-62
• 4.5 船艏表面砰击压力计算62-65
• 4.6 程序计算结果讨论65-66
• 4.7 本章小结66-68
• 结论68-70
• 参考文献70-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文75-77
• 致谢77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 钱勤，黄玉盈，王石刚，，刘志宏，赵宇征，朱达善;任意的拉格朗日欧拉边界元－有限元混合法分析物体撞水响应[J];固体力学学报;1994年01期

2 戴仰山 ,贺五洲;底部砰击预报[J];中国造船;1979年02期

3 戴仰山 ,宋竞正;船体在海浪中的弯矩[J];中国造船;1980年03期

4 宋竞正,任慧龙,戴仰山;船体非线性波浪载荷的水弹性分析[J];中国造船;1995年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 曹正林;高速三体船砰击强度研究[D];武汉理工大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 朱加刚;船底结构砰击时的水弹性分析[D];哈尔滨工程大学;2006年

2 张晓波;船底结构砰击时的流固耦合数值模拟[D];大连理工大学;2007年

本文编号：661075