船体总纵强度分析中波浪非线性载荷的计算研究

发布时间：2017-08-21 03:26

  本文关键词：船体总纵强度分析中波浪非线性载荷的计算研究

  更多相关文章： 总纵强度 波浪载荷 非线性 设计波

【摘要】：波浪载荷是船体结构总纵强度校核当中的关键性载荷。对于标准船型,船级社在入级规范给出了总纵强度校核时波浪载荷设计值的计算公式和对应的许用衡准。对于非常规船型,波浪载荷则需要通过水动力直接计算的方法进行。目前,使用基于频域线性算法计算波浪载荷的频率响应函数并配合法谱分析计算波浪载荷设计值的线性方法,在非常规船型波浪载荷直接计算中应用最为普遍,是各船级社所推荐的波浪载荷设计值的直接计算方法。但是,由于使用频域线性算法不能考虑波浪载荷的非线性效应,对于小方形系数船舶进行载荷计算时将产生较大的误差。尤其在波浪载荷设计值的预报上,由于波浪载荷设计值发生在海浪波幅较大的情况下,此时波浪载荷的非线性效应非常显著,线性算法计算的波浪载荷设计值与实际情况有很大的偏差。在这种情况下应采用时域非线性算法对波浪载荷进行计算,并通过数理统计的方法对波浪载荷的设计值进行预报。针对这一情况,本文研究了船体总纵强度校核当中波浪载荷的非线性计算方法,主要完成的工作和结论有:(1)对确定波浪载荷设计值的规范公式、坦谷波法、频域线性算法和时域非线性算法的原理进行了对比和分析,说明在计算船艏外飘明显,且舷侧不与静水面垂直的小方形系数船舶时,应使用时域非线性算法。(2)以一艘方形系数Cb=0.52的高速船为研究对象,以船舯剖面波浪弯矩为例,使用频域线性算法计算了载荷的频率响应函数,并通过谱分析方法进行了载荷设计值的长期预报;使用时域非线性计算的方法对船体在随机波浪之下的载荷响应进行了长时间的数值计算,使用数理统计的方法对弯矩值进行了采样和分布拟合,确定了计及非线性效应的波浪弯矩设计值。(3)提出利用等效设计波法对非线性波浪载荷时域计算的简化方法——“非线性设计波法”,给出了设计波参数的选取办法,使用“非线性设计波”计算了波浪载荷的设计值,与随机波浪下的计算结果进行了比较,结果吻合较好。(4)使用全船结构直接计算的方法,给出了使用“非线性设计波”法进行船体结构强度校核的过程,包括:全船结构有限元模型的建模要求,边界条件与载荷施加方法。最后列举了本文研究对象的结构求解结果。
【关键词】：总纵强度 波浪载荷 非线性 设计波
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U661.43
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究背景和意义10-13
• 1.2 国内外研究现状13-18
• 1.2.1 船舶总纵强度分析方法13-14
• 1.2.2 波浪载荷设计值的确定方法14-18
• 1.3 本文主要研究内容18-20
• 第二章 船体波浪载荷设计值计算方法20-40
• 2.1 概述20-21
• 2.2 坦谷波法21
• 2.3 规范公式21-22
• 2.4 水动力数值计算方法22-29
• 2.4.1 船体在规则波中运动的基本方程22-26
• 2.4.2 波浪附加载荷计算26-27
• 2.4.3 船体响应的频域线性解27-28
• 2.4.4 船体响应的时域非线性算法28-29
• 2.5 确定波浪载荷设计值的数理统计方法29-39
• 2.5.1 不规则波浪的随机理论29-31
• 2.5.2 常用波浪谱31-32
• 2.5.3 船体运动和载荷的响应谱32-33
• 2.5.4 波浪载荷的幅值分布33-38
• 2.5.5 波浪载荷设计值的确定38-39
• 2.6 本章小结39-40
• 第三章 船体波浪载荷设计值计算40-63
• 3.1 引言40
• 3.2 研究对象的基本信息40-41
• 3.3 模型建立41-43
• 3.4 基于频域线性算法的载荷设计值计算43-45
• 3.4.1 波浪载荷频率响应函数计算44
• 3.4.2 波浪载荷的短期和长期预报44-45
• 3.5 基于时域非线性算法的载荷设计值计算45-52
• 3.5.1 确定设计海况46-48
• 3.5.2 计算参数设定48-51
• 3.5.3 舯剖面弯矩计算结果51-52
• 3.6 结果对比与分析52-61
• 3.6.1 舯剖面波浪弯矩幅值分布的对比54-57
• 3.6.2 舯剖面波浪弯矩幅值分布的拟合57-60
• 3.6.3 舯剖面波浪弯矩设计值对比60-61
• 3.7 本章小结61-63
• 第四章 等效设计波法63-69
• 4.1 引言63-64
• 4.2 设计波参数的确定64
• 4.2.1 波长和浪向角64
• 4.2.2 波幅64
• 4.3 船舯剖面的波浪弯矩计算64-68
• 4.3.1 线性算法和非线性算法的结果比较65-66
• 4.3.2 非线性设计波法和非线性随机波浪法的结果比较66-67
• 4.3.3 非线性设计波法与现有载荷直接计算方法的比较67-68
• 4.4 本章小结68-69
• 第五章 船体结构响应计算69-77
• 5.1 引言69
• 5.2 结构模型的建立69-71
• 5.2.1 模型范围69
• 5.2.2 全船结构有限元单元类型69-70
• 5.2.3 网格划分要求及材料特性70-71
• 5.3 边界条件和载荷施加71-72
• 5.3.1 边界条件71-72
• 5.3.2 载荷施加方式72
• 5.4 结构响应结果72-76
• 5.5 本章小结76-77
• 第六章 总结与展望77-81
• 6.1 主要工作内容与结论77-78
• 6.2 进一步工作展望78-81
• 参考文献81-85
• 致谢85-86
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文86-88

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