船舶外张砰击压力与船体梁响应研究

论文摘要

准确的预报船舶砰击载荷对船体结构强度评估和优化设计意义重大。本文主要基于船舶水弹性理论，对船舶砰击响应计算方法进行了研究。计算结果与本文中的模型试验结果进行了比较，验证了该方法的可行性。本文对船舶入水砰击问题的研究方法进行了总结。首先，应用MSC.Dytran动力分析软件对二维结构的入水砰击问题进行了数值仿真研究。仿真计算了二维刚性楔形体在不同入水速度和不同入水角度时的砰击压力峰值系数，与Chuang的试验值进行了比较。仿真计算了平底结构和U形结构的入水砰击，对这两种结构的砰击压力分布进行了分析和对比。其次，对万箱级集装箱船进行了缩尺模型砰击试验。分析了模型试验的相似条件，测量了船体表面的砰击压力和船舶的运动，分析了砰击现象对船舶运动的影响，提出了一种外张砰击压力时间分布模型，对分布模型中的参数进行了统计研究。再次，基于冲量方法对试验船模砰击测点处的砰击压力进行了直接计算，应用Fortran语言编制了计算程序。计算中采用了本文提出的外张砰击压力时间分布模型，得到了与试验测量结果一致的砰击压力时历曲线，试验船模的运动数据分别采用了试验测量值和三维势流理论计算得到的理论值，统计出了同一时间段内的砰击压力有义值，并与砰击压力的试验有义值进行了比较，对三者之间的误差进行了分析。最后，建立了波浪作用下船舶振动的模态分析方程。采用冲量方法计算船体表面的砰击压力，并将砰击压力沿船体表面积分，得到了船中处的砰击弯矩，然后对船舶在计及砰击力时的运动和剖面弯矩进行了计算，理论结果与本文试验值作了对比。同时，采用了动量方法计算船体的砰击力，对两种不同的砰击力计算方法下的船舶运动和剖面载荷进行了比较，分析了二者之间的差异。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的及意义
• 1.2 课题的国内外研究现状
• 1.2.1 解析方法
• 1.2.2 数值方法
• 1.2.3 试验方法
• 1.2.4 直接计算方法
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 二维剖面砰击压力数值仿真
• 2.1 MSC.Dytran 软件介绍
• 2.2 流固耦合算法
• 2.2.1 Lagrange、Euler、ALE 方法
• 2.2.2 ALE 方法的理论基础
• 2.3 仿真计算中的关键参数和技术
• 2.3.1 材料性质
• 2.3.2 欧拉域的尺寸确定
• 2.3.3 有限元网格的划分
• 2.4 楔形结构入水仿真计算
• 2.4.1 建立仿真模型
• 2.4.2 楔形体入水仿真计算
• 2.5 平底结构和 U 形结构入水仿真计算
• 2.6 本章小结
• 第3章 砰击压力的模型试验研究
• 3.1 水池模型试验
• 3.1.1 试验概述
• 3.1.2 相似条件
• 3.1.3 砰击工况的选择
• 3.1.4 砰击相关的试验结果分析
• 3.2 外张砰击压力时间分布模型
• 3.2.1 脉冲三角函数
• 3.2.2 砰击压力时间历程
• 3.2.3 建立时间分布模型
• 3.3 本章小结
• 第4章 外张砰击压力直接计算
• 4.1 船舶在规则波中的运动
• 4.2 确定计算外张砰击压力的变量
• 4.2.1 有效入水角
• 4.2.2 法向相对速度
• 4.2.3 切向相对速度
• 4.3 外张砰击压力计算
• 4.3.1 入水冲击压力
• 4.3.2 撞击冲击压力
• 4.4 外张砰击发生的条件
• 4.5 试验船算例与试验值的对比
• 4.5.1 基于试验运动的砰击计算
• 4.5.2 基于理论运动的砰击计算
• 4.6 本章小结
• 第5章 基于水弹性理论的砰击响应计算
• 5.1 船舶水弹性理论概述
• 5.2 船体干模态
• 5.3 模态分析法
• 5.4 砰击力计算方法
• 5.4.1 冲量理论
• 5.4.2 动量理论
• 5.5 试验船算例比较及与试验值的比较
• 5.5.1 动量理论值及与试验值比较
• 5.5.2 冲量理论值及与试验值比较
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢