影响高速三体船连接桥砰击压力峰值因素研究

利用LS-DYNA仿真软件建立高速三体船连接桥结构二维有限元模型,计算其入水砰击问题。计算中考虑高速三体船的空气层、结构质量、连接桥宽度和主船体的舭升高角度因素对连接桥砰击压力峰值影响。通过分析,得出各个因素对高速三体船连接桥砰击压力峰值的影响规律。     

基于OpenFOAM的大型三体船连接桥入水砰击载荷数值模拟分析北大核心CSCD

[目的]旨在探究三体船连接桥落体砰击载荷分布规律。[方法]基于OpenFOAM开源软件以及连续性方程和N-S方程,建立三体船连接桥自由落体入水砰击数值模型,模拟三体船连接桥自由落体入水砰击过程中的速度、砰击压力以及自由液面动态变化,开展网格收敛性分析,验证数值计算方法的正确性,并将数值解与实验值进行对比。[结果]结果显示,所提模型能够有效预报三体船连接桥结构的落体砰击载荷,靠近外折角点的连接桥砰击压力系数最大,得到了连接桥下表面砰击压力峰值及砰击压力系数与速度的关系。[结论]研究给出的三体船连接桥入水砰击压力特性和范围可为三体船结构强度评估与结构设计提供数值基础。     

基于全船建模的航速对船首外飘砰击影响研究

建立二维楔形体入水模型,验证入水砰击仿真方法可靠性,对集装箱船体进行全船体建模,导入船体运动参数,增加船体的纵摇运动,采用一般耦合算法(General coupling),流体域用Euler单元模拟,船体设为刚体,划分为Lagrange有限元网格,对船体进行入水仿真.对比不同工况下的结果表明:全船模拟时船型纵向斜升角会发生变化,导致航速对船首入水砰击压力的影响较大,随着航速的增加,入水砰击压力变大,同时航速还会使砰击压力峰值位置发生变化.     

基于全船建模的航速对船首外飘砰击影响研究

建立二维楔形体入水模型,验证入水砰击仿真方法可靠性,对集装箱船体进行全船体建模,导入船体运动参数,增加船体的纵摇运动,采用一般耦合算法(General coupling),流体域用Euler单元模拟,船体设为刚体,划分为Lagrange有限元网格,对船体进行入水仿真。对比不同工况下的结果表明:全船模拟时船型纵向斜升角会发生变化,导致航速对船首入水砰击压力的影响较大,随着航速的增加,入水砰击压力变大,同时航速还会使砰击压力峰值位置发生变化。     

一种基于板架模型的三体船连接桥结构瞬态砰击响应的分析方法

三体船连接桥的砰击问题一直是水动力领域的难点问题.为有效减少砰击载荷作用下动态响应峰值的计算量,本文基于板架模型,提出一种借助等效静力系数的三体船连接桥结构的砰击响应分析方法.首先,通过对三维板架结构进行入水砰击的结构瞬态响应分析,将直接积分法和模态叠加法两种方法进行比较分析,选取更合适的方法进行动力响应计算;其次,通过改变计算参数,分析了边界条件和时间效应对板架应力峰值和等效静力系数的影响;最后,与三体船分段模型的计算结果进行对比,验证了借助简化模型得到等效静力系数法的可行性.本文的计算结果及相关结论能够为后续准确分析连接桥局部结构的砰击响应、合理关注连接桥的高应力位置及屈服强度的评估提供参考.     

江海直达船船首入水砰击研究

基于有限体积法的数值仿真方法对3种不同江海直达船船首的入水砰击问题进行了研究。建立包含气、水流场的三维有限元模型,研究了在自由液面的变化、空气层的作用下、不同垂向速度时3种船首入水砰击问题。结果表明,数值计算仿真的方法可以有效地模拟江海直达船船首入水过程中自由液面和空气层的变化情况。在此方法下,相同速度时西瓜首的砰击峰值优于其他船首形式。     

三体船砰击压力数值计算方法研究

基于冯卡门砰击理论的基本思想,对任意形状的二维剖面入水砰击问题进行了数值研究,并且将该数值计算方法应用在了三体船船首底部二维剖面的砰击压力计算中。首先采用源汇分布法对二维剖面在不同入水深度处的附加质量进行求解,进而计算得到附加质量随入水深度的变化。在剖面入水速度已知的情况下,即可求得剖面的砰击压力值。然后以二维楔形体入水砰击为例,采用本文的数值计算方法对不同底部升角的砰击压力系数进行了数值计算。并且将数值计算结果与模型试验数据进行了比较,结果显示在底部升角大于10°的情况下,两者符合良好,从而验证了该数值方法的可行性。最终,利用该方法对三体船船首底部二维剖面的砰击压力进行了研究。     

基于气垫效应的二维楔形体入水砰击载荷预报方法研究

本文对二维刚性楔形体入水砰击问题进行研究,将数值模拟与模型试验结果进行对比分析,验证利用数值模拟方法研究入水砰击问题的可行性.获得气垫效应、斜倾角、入水速度对楔形体入水砰击压力峰值的影响规律,并分析了气垫效应对压力峰值的影响机理.最后对砰击载荷预报方法进行研究,获得不同斜倾角、不同速度下楔形体入水砰击压力峰值的预报公式.     

砰击载荷作用下船体局部结构优化设计

本文以某船船首结构为研究对象,基于Fluent与Sesam分别计算了船体砰击压力系数和砰击瞬时船体与波浪之间的相对速度,采用"两步走"的方法对船首底部及外飘处的砰击载荷进行研究。考虑砰击载荷在船首区域的时空分布,将该载荷分区施加在船首结构表面,计算了船首结构在砰击载荷作用下的结构响应。研究发现,在船体纵向方向,越靠近船首的位置,相对入水速度越大;在垂向方向,入水速度呈现先增大后减小的趋势。根据计算结果对船首局部结构进行了优化设计。     

船艏自由落体砰击载荷模型试验研究

本文对船艏自由落体砰击载荷进行了模型试验研究,根据不同的落体高度与入水角进行了多次试验,研究了落体高度、入水角等因素对入水速度、砰击载荷及结构响应的影响。研究结果表明:船体入水速度、砰击压力、结构响应等随着落体高度的增大而增大;模型入水过程中,各测量点砰击压力峰值发生时刻存在一定的时间差;结构响应峰值发生时刻也存在一定的时间差;由于斜升角较小,球鼻艏底部的砰击压力峰值最大;外飘区域的砰击压力最大值仅为球鼻艏底部的30%～50%;同一水线面上,从船艏模型艏端向艉端砰击压力峰值逐渐减小;对同一横剖面,外飘下部区域的砰击压力峰值大于外飘上部区域的砰击压力峰值;由于砰击压力对外界影响因素非常敏感,砰击压力与结构响应具有一定的离散性。     

三维回转体入水砰击载荷预报

采用数值仿真的方法研究了三维刚性回转体的入水问题,分析了不同回转角度的回转体的砰击压力峰值的变化规律,并研究了以一定初速度入水时,结构质量对砰击压力的影响。计算结果表明,恒速下降时,砰击压力峰值随角度的增加而下降;初速下降时,随着结构质量增加,砰击压力峰值先急剧增加,然后区域平稳。最后提出了不同回转角度、不同质量系数的回转体在初速下降与恒速下降时砰击压力峰值的预报公式。     

不同海况下小侧体三体船的艏部结构砰击特性

本文运用CFD软件STAR-CCM+建立三体船在波浪条件下的三维砰击模型,采用重叠网格技术结合船舶六自由度系统模拟船体的砰击运动,对不同波高、波长以及不同航速下的船体砰击进行数值模拟,对比分析各工况下船体结构的运动响应和砰击特征。数值模拟结果表明：航速变化对船体砰击压力有显著影响,而波高和波长的变化对砰击压力影响较小但也不可忽视。     

Efficient calculation of slamming pressures on ships in irregular seas

An efficient method for calculation of the slamming pressures on ship hulls in irregular waves is presented and validated for a 290-m cruise ship. Nonlinear strip theory was used to calculate the ship–wave relative motions. The relative vertical and roll velocities for a slamming event were input to the slamming calculation program, which used a two-dimensional boundary element method (BEM) based on the generalized 2D Wagner formulation presented by Zhao et al. To improve the calculation efficiency, the method was divided into two separate steps. In the first step, the velocity potentials were calculated for unit relative velocities between the section and the water. In the next step, these precalculated velocity potentials were used together with the real relative velocities experienced in a seaway to calculate the slamming pressure and total slamming force on the section. This saved considerable computer time for slamming calculations in irregular waves, without significant loss of accuracy. The calculated slamming pressures on the bow flare of the cruise ship agreed quite well with the measured values, at least for time windows in which the calculated and experimental ship motions agreed well. A simplified method for calculation of the instantaneous peak pressure on each ship section in irregular waves is also presented. The method was used to identify slamming events to be analyzed with the more refined 2D BEM method, but comparisons with measured values indicate that the method may also be used for a quick quantitative assessment of the maximum slamming pressures.     

弹性回转体入水砰击载荷预报

采用数值仿真方法分析三维弹性回转体的入水问题,分析不同厚度的回转体的砰击压力峰值的变化规律;讨论以一定初速度入水时结构弹性模量对砰击压力峰值的影响;分析了砰击压力峰值随初速度的变化规律.计算结果发现,弹性回转体的砰击压力峰值随厚度、弹性模量以及速度的增加而增加.提出了随结构厚度、弹性模量和初速度变化的弹性回转体砰击压力峰值的预报公式.     

平底结构砰击压力的分布

物体以一定的速度撞击水面,会受到水的砰击力的作用.这种砰击压力持续的时间通常很短,但量值有时会很大.本文利用仿真软件对平底刚性结构的入水问题进行了研究,建立了二维有限元模型,对平底结构分别以不同速度等速入水的情况进行了计算.计算发现,在结构入水前瞬间,作用在结构上的压力迅速增大,在到达原静水面位置稍后的位置处达到峰值.压力持续的时间随着结构入水速度的增加而减小;砰击面上的压力分布也不是均匀的,在平底中心处最大,向两侧逐渐减小.作者在对砰击压力的作用时间和在砰击面上的分布情况做了详尽的分析后,导出了砰击压力在砰击面上分布和持续时间的计算公式.     

A study on slamming pressure on a flat stiffened plate considering fluid–structure interaction

Normally, the design slamming pressure on the bottomof a semi-submersible-type floating rig is determined in a simple way using the relative speed obtained from an air-gap analysis. However, few studies have taken a thorough, robust, and deep-background approach to the estimation of design pressure. To investigate the slamming pressure on the bottom of a semi-submersible rig, a simplified deformable stiffened plate of a zero-degree deadrise angle is simulated using the nonlinear FEM software LS-DYNA, which can take the influence of fluid–structure interaction (FSI) into account. Various parametric studies are carried out to examine the effects of structural flexibility, coupling stiffness, mesh size, velocity, stiffener size, and air cushion. The pressure response on the plate by the coupling of fluid and structure is studied and the FSI effect of each parameter is discussed. Then, equivalent transient and static loads that result in the same maximum or permanent deformation as FSI are evaluated for design purposes through a series of parametric studies.     

规则波对弹性支承水平板冲击压力的概率分析

通过模型试验研究了规则波对弹性支承水平板冲击压力峰值的概率分布。文中通过对不同组次的试验数据进行统计分析,首先给出了弹性支承与刚性支撑之间水平板波浪冲击压力历时曲线的各自特征;其次研究了弹性支承水平板波浪冲击压力峰值的超值概率分布及拟合曲线和参数;最后讨论了弹性支承刚度与威布尔分布三参数之间的关系。     

船艏底部砰击压力概率预报方法研究

在Ochi概率统计方法的基础上探索一种适合于非常规船型船艏底部砰击压力的概率预报方法。该方法在时域中计算船舶在波浪中的运动响应,基于Msc.Dytran计算砰击压力系数,在此基础上采用蒙特卡罗法对砰击压力的概率特性进行预报。分析了砰击时的船波相对速度和波面倾角对压力系数的影响。研究结果表明,船舶在静水和波浪中的砰击压力特性有很大差异,在波峰与波谷处发生砰击时产生的砰击压力大于在波面其它位置产生的压力值,相对速度对砰击压力系数的影响在波面不同位置呈现出不同的特点。     

Some analytical results for the initial phase of bottom slamming

The deformation of boat hull bottom panels during the initial phase of slamming is studied analytically using a linear elastic Euler–Bernoulli beam as a representation of the cross section of a bottom panel. The slamming pressure is modeled as a high-intensity peak followed by a lower constant pressure, traveling at constant speed along the beam. The problem is solved using a Fourier sine integral transformation in space and a Laplace–Carson integral transformation in time. Deflection and bending moment as functions of time and position for different speeds, bending stiffnesses, etc. are given. In particular the effect of slamming load traveling speed on structural response of the simplified bottom structure is investigated. It is found that rather large deflections and bending moments are encountered at certain speeds of the pressure, which suggests that bottom panels may benefit from tailoring their stiffness and mass properties such that loads are reduced. This would vary with boat particulars and operation (deadrise angle, mass, speed, sea state, etc). The importance of the high-intensity pressure peak often encountered during slamming is also studied. It is seen that for relatively slow moving slamming loads the pressure peak has little influence. However, for faster moving loads its influence can be significant.