一种快速有效地计算多物体耦合运动的方法

文章给出一种简单有效的计算多船和多墩柱相互作用的方法。该方法的出发点是将船体剖面用具有等效矩形代替,并将其周围的流场划分为船底与水底之间的内场和船侧面的外场。内场速度势采用简单的解析解;外场速度势沿水深做傅立叶级数展开,并在船体水面周线上分布源汇。然后在内外场交界面上进行耦合匹配求解。对于求解墩柱可以等效于求解船体底间隙为零的情况。上面简单的方法对于多船和多墩柱的耦合计算是简单和有效的。通过给出数值算例,证明了本方法的精确性和有效性,并且研究了多船和港口间的相互作用问题。     

基于直接计算法的LNG船整船强度评估

采用直接计算法对16万m3LNG船的整船强度进行评估.建立了整船结构有限元模型,基于三维源汇分布方法并利用北大西洋波浪散布图对波浪垂直弯矩进行长期预报,得到LNG船在典型装载工况下的设计波参数,完成了LNG船在设计波中的整体有限元分析.计算结果可以为LNG船的整体强度评估、船体结构优化提供有效依据,评估结果对同类LNG船的设计开发具有指导意义.     

港口中船舶和多墩柱耦合作用的计算方法

文章给出了一个有效的计算港口中船舶和多墩柱耦合作用问题的方法。该方法通过将Lean和Bowers等的方法扩展应用于考虑一般三维流动,即可以考虑船舶和多墩柱耦合计算问题,其中对于直立坐底墩柱的求解相当于对船底间隙为零时的求解。该方法计算船舶和墩柱间耦合问题简单而有效。为了证明本方法准确有效,文中给出了多个算例并与试验进行比较。最后,对船舶和多墩柱间的耦合计算进行了分析。     

多体船型破舱稳性比较分析

多体船的设计概念是通过采用大长宽比的主船体来有效减小兴波阻力,而由此带来的稳性损失由侧体来弥补.文章以一多体船方案为例进行破舱稳性计算,分析了多体船侧体参数对多体船破舱稳性的影响,并比较分析了在相同破损状况下三体船与五体船的破舱稳性.分析显示,侧体中心与主船体中心的横距越大,侧体中心离主船体中心的纵距越小,其破舱稳性就越好.     

400 000 DWT矿砂船直接波浪载荷与全船有限元强度分析

超大型矿砂船由于船体结构的特殊性和船体本身的超大型化,船体强度用常规规范中的梁理论方法或舱段有限元计算校核很难涵盖船体的所有构件.以400 000 DWT超大型矿砂船为例,简单介绍了进行全船有限元分析过程中波浪载荷的选取、模型的建立以及加载、分析的全过程,对正确进行超大型矿砂船全船结构强度直接计算具有积极指导作用.     

核发电船堆舱破损状态极限强度分析

对于核发电船而言,考虑到核反应堆的安全性问题,船体结构即使发生破坏,也要保证整体的强度,所以有必要针对破损后的船体梁进行极限强度分析。在船体剩余极限强度分析中,核反应堆舱所处舱段的极限承载能力是整个核发电船极限强度分析的关键。文章研究的重点集中在核反应堆舱段,在该舱段选取危险剖面进行剩余极限强度分析。同时,采用中和轴偏转的Smith方法对反应堆舱段进行破损船体极限强度计算,并结合HCSR规范对其进行评估。根据该核电船作业海域的海况资料,对其遭遇的波浪载荷进行长期极值预报,进而得出该船破损情况下的设计极限弯矩。结果表明,该船的设计极限弯矩满足规范中的要求,为基于规范的特定海域中的特定船型剩余强度评估提供参考。     

破损船体总纵弯曲强度的修正等值梁法

破损船体破口处存在应力集中,等值梁法不能解决破口应力集中问题。用有限元法研究了船底加筋板格破口的应力分布规律,分析了在矩形、尖角矩形、圆形三种典型破口下的应力集中系数,将破口的应力集中系数分解为平板应力集中系数和骨材作用系数,根据它们的递变规律,提出应力集中系数的一种简化的算法;考虑破口的初始应变和破口进入非弹性阶段后材料的非线性,对破口弹性应力集中系数进行修正并拟合了修正公式;最后提出了采用等值梁法求船底基准应力,结合破口的应力集中系数和破口应力分布规律来计算破损船体总纵强度的方法,对等值梁法的计算结果进行修正,使破损船体强度校核更加真实可靠。算例表明该方法简单可行且具有较好的精度。     

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。     

高架索航行补给中船舶在波浪中的运动性能研究

采用三维势流理论计算高架索航行补给中两船在波浪中的运动响应,将船体周围流场速度势分解为波浪入射势、自身绕射势、相邻船体的存在产生的绕射势、自身辐射势和相邻船体运动产生的辐射势,通过源汇分布法进行求解;对高架索索道上的恒定张力在耦合方程中表示为高架索瞬时张力系数矩阵;求解两船体在规则渡中的联立运动方程可得两船的运动响应.通过计算结果与高架索航行补给中两船运动响应的试验结果进行比较,吻合良好,说明文中的计算方法是可行的,在此基础上,对不同高架索恒定张力和不同浪向角条件下的接受船运动幅值响应进行计算并讨论.最后得出结论.     

复杂形状船体剖面水动力系数计算方法研究

基于势流理论的源汇分布法适合计算双体船,小水线面船等特殊形状的剖面,对常规船型的计算精度满足工程精度要求,但对粘性效应较明显的非常规船型计算精度较差。文章借助计及粘性效应的CFD软件Fluent,模拟物体在水池中作受迫振荡,采用RANS方法计算复杂形状船体剖面的简谐振荡力,对该力的拟合分解可以得到水动力系数。通过对首部形状较复杂的船型纵向运动预报结果比较表明采用RANS方法计算剖面水动力系数由于考虑了粘性效应,对阻尼系数计算更符合实际物理特征。因此对粘性影响较大的复杂船型文中提出的方法优于常规势流算法。     

波浪对箱形船作用的三维耦合计算模型

为获得具有工程实用价值的港口三维船非线性波浪力的时域计算方法,该文建立了波浪对港口中船非线性作用的三维时域计算耦合模型:用欧拉方程计算船底面下的内域,用Boussinesq方程计算船侧面到港口边界的外域,两域在交界面处匹配条件是流量连续和压力相等.并进行了相关模型实验,实验结果和数值计算结果比较表明该耦合计算模型具有满意的精度.此外,该三维耦合模型数学处理简单,计算效率高,可适用于工程计算.     

Time-domain TEBEM method for mean drift force and moment of ships with forward speed under the oblique seas

A numerical method for solving 3D unsteady potential flow problem of ship advancing in waves is put forward. The flow field is divided into an inner and an outer domain by introducing an artificial matching surface. The inner domain is surrounded by ship wetted surface and matching surface as well as part of the free surface. The free surface condition for the inner domain is formulated by perturbation about the double-body flow or uniform incoming flow assumption. The outer domain is surrounded by matching surface and the rest free surface as well as infinite far-field radiation boundary. The free surface condition for the outer domain is formulated by perturbation about uniform incoming flow. The simple Green function and transient free surface Green function are used to form the boundary integral equation (BIE) for the inner and outer domains, respectively. Taylor Expansion Boundary Element Method (TEBEM) is utilized to solve the double-body flow and inner domain and outer domain unsteady flow BIE. Matching conditions for the inner domain flow and outer domain flow are enforced by the continuity of velocity potential and normal velocity on the matching surface. Direct pressure integration on ship wetted surface is used to obtain the first-order and second-order wave forces (moments). The numerical predictions on the displacement, added resistance, sway mean drift force and yaw mean drift moment of the modified KVLCC2 ship at different forward speeds are investigated by the proposed TEBEM method. It is also compared with the other numerical results. The physical tank experiment results are also developed to validate the accuracy of numerical tank results. Compared with the experiment solutions, a good agreement can be obtained by TEBEM method.

     

规则迎浪中船舶参数横摇的三维时域预报方法研究

参数横摇是船舶因复原特性改变而引起的典型非线性现象。文章采用三维时域方法预报规则迎浪中船舶的参数横摇运动。该方法引入匹配面将流域分为内域和外域,内域中采用Rankine源来满足物面条件和线性自由面条件,而外域中应用时域格林函数来满足线性自由面条件和远场辐射条件。数值方法中,Froude-Krylov力和恢复力是通过对船舶瞬时湿表面积积分获得,同时考虑了横摇、垂荡和纵摇三自由度之间的耦合作用,以及非线性横摇阻尼的影响。数值结果与试验结果吻合很好,说明该方法可以有效地预报参数横摇。     

带有月池的非对称结构物水波辐射和激励力（英文）

A highly efficient "hybrid integral-equation method" for computing hydrodynamic added-mass, wave-damping, and wave-exciting force of general body geometries with a vertical axis of symmetry is presented. The hybrid method utilizes a numerical inner domain and a semi-infinite analytical outer domain separated by a vertical cylindrical matching boundary.Eigenfunction representation of velocity potential is used in the outer domain; the three-dimensional potential in the inner domain is solved using a "two-dimensional" boundary element method with ring sources and ring dipoles to exploit the body symmetry for efficiency. With proper solution matching at the common boundary, both radiation and diffraction potentials can be solved efficiently while satisfying the far-field radiation condition exactly. This method is applied to compute the hydrodynamic properties of two different body geometries: a vertical-walled moonpool with a bottom plate that restricts the opening and a spar-like structure with a diverging bottom opening inspired by designs of floating Oscillating Water Columns. The effects of the size of the bottom opening on the hydrodynamic properties of the body are investigated for both geometries. The heave motion of the floater as well as the motion of the internal free surface under incident wave excitation are computed and studied for the spar-like structure.     

船舶回转过程内、外桨负荷的仿真分析

船舶在回转过程中,一般内桨的负荷要大于外桨的负荷.但在某新研制船舶的回转试验中,观察到外桨负荷高于内桨负荷这一看似有悖常理的现象.为了解释这个现象,利用船舶推进系统的数学模型和三自由度平面运动数学模型(MMG模型),分别对定距桨和调距桨推进船舶的典型回转工况进行了仿真分析.研究结果表明:在负荷控制功能起作用的情况下,船舶回转时通过减小柴油机设定转速或减小调距桨的螺距,内桨的负荷比外桨小是完全可能的.在相同回转工况下,负荷限制线的设置和负荷控制规律对船舶内、外桨的负荷有很大的影响.控制系统的负荷控制功能是改变船舶回转工况内、外桨负荷的一个重要因素.     

喷水推进船转弯过程中柴油机负荷变化规律的研究

建立了喷水推进船转弯过程推进系统的数学模型,研究了转弯过程中柴油机负荷的变化规律.这些规律包括:从直航过程到转弯过程柴油机负荷的变化;直航过程到转弯过程柴油机负荷的增幅随初始航速的变化规律;转弯过程中内侧泵、外侧泵对应的柴油机负荷变化的比较;分别用回转轨迹内侧泵和外侧泵转弯时柴油机负荷变化的比较.研究表明,喷水推进船转弯过程中柴油机的负荷变化幅度不大,一般不会超负荷;在选择转弯操纵策略时应把重点放在防止喷泵进入空泡穴蚀区的研究上.     

A time-domain higher-order boundary element method for 3D forward-speed radiation and diffraction problems

A time-domain higher-order boundary element method for seakeeping analyses in the framework of linear potential theory is newly developed. Ship waves generated by two modified Wigley models advancing at a constant forward speed in calm water or incident waves and the resultant radiation and diffraction forces are computed to validate this code. A rectangular computational domain moving with the same forward speed as the ship is introduced, in which an artificial damping beach is installed at an outer portion of the free surface except the downstream side for satisfying the radiation condition. The velocity potential on the ship hull and the normal velocity on the free surface are calculated directly by solving the boundary integral equation. An explicit time-marching scheme is employed for updating both kinematic and dynamic free-surface boundary conditions, with an embedding of a second-order upwind difference scheme for the derivative in the x-direction to stabilize the calculation. Extensive results including the exciting forces, added mass and damping coefficients, wave profiles, and wave patterns for blunt Wigley and slender Wigley hulls with forward speed are presented to validate the efficiency of the proposed 3D time-domain approach. The corresponding physical tests of the radiation and diffraction problems in a towing tank are also carried out. Computed numerical results show good agreement with the corresponding experimental data and other numerical solutions.     

2500吨级半舱甲板货船中剖面设计

本文通过对2500吨级半舱甲板货船四种中剖面结构形式的总纵强度进行计算比较分析，得出较优的中剖面形式是：采用下甲板与内舷板相连接在下甲板平面，内舷板下设甲板纵桁及支柱，其中剖面截面积较其他形式减少2．7％-3．6％，重量可降低，是值得进一步研究的半舱甲板货船船型结构方式，可供设计参考。     

船舶砰击强度计算方法研究

船舶在航行时发生砰击是一种高度非线性的物理现象。本文基于势流理论Rankine源法,研究用时域非线性方法计算船舶运动响应,获得船波垂向相对运动速度;并选取合适的砰击压力系数,计算船舶砰击载荷。最后用该方法评估了一艘集装箱船艏部砰击强度,验证了该方法的合理性。