基于三维势流理论的耐波性数值预报

准确预报船体运动响应对于砰击等波浪载荷的计算以及合理结构设计具有重要意义。船舶在大幅波浪中的运动呈明显的非线性,而现阶段耐波性预报多采用线性切片方法。三维水动力分析软件WASIM基于时域势流理论,采用Rankine面元法预报船舶在波浪中的运动响应,并考虑了多种非线性因素。本文以标模DTMB5512为对象,采用WASIM预报其在不同航速下的耐波性,并与基于线性切片理论的计算结果和模型试验结果进行对比。结果表明:利用WASIM计算得到的船体运动响应比其他方法更接近试验值,合理体现了船舶在风浪中的实际耐波性能。因此,利用WASIM能够较好地评估船舶在波浪中的非线性耐波特性。     

基于三维势流理论的耐波性数值预报

准确预报船体运动响应对于砰击等波浪载荷的计算以及合理结构设计具有重要意义。船舶在大幅波浪中的运动呈明显的非线性,而现阶段耐波性预报多采用线性切片方法。三维水动力分析软件 WASIM基于时域势流理论,采用 Rankine面元法预报船舶在波浪中的运动响应,并考虑了多种非线性因素。本文以标模 DTMB5512为对象,采用 WASIM预报其在不同航速下的耐波性,并与基于线性切片理论的计算结果和模型试验结果进行对比。结果表明：利用 WASIM计算得到的船体运动响应比其他方法更接近试验值,合理体现了船舶在风浪中的实际耐波性能。因此,利用 WASIM能够较好地评估船舶在波浪中的非线性耐波特性。     

全航速三维线性波浪载荷时域内数值计算研究

高速船舶波浪诱导载荷存在航速效应,波浪诱导船体垂向弯矩随航速增加而增加.针对某集装箱船采用三维时域全航速水动力分析理论预报集装箱船在波浪上的运动性能和剖面载荷,深入分析船体运动性能和剖面载荷的航速效应,得到船体纵荡、横荡,横摇和首摇以及船体扭转波浪弯矩航速效应显著,为船舶结构设计人员在波浪载荷的计算上有一定的参考.     

FPSO船体设计载荷研究

对于普通船舶,应用切片理论预报船体运动和波浪载荷,已成为一种成熟的技术.本研究即是在现有的经过认可的波浪载计算程序的基础上,充分考虑FPSO系泊油船的特点,开发其载荷计算程序.首先根据悬链线理论研究了组合锚链系泊系统的力学特性,将系泊系统对船体的垂向恢复力作用以刚度系数的确形式表达.在对系泊油船的静力特性进行分析时,将锚泊系统作为一集中重量处理.在建立船舶运动方程时,除了采用切片理论的常规处理方法外,主要考虑垂向系泊力的影响.     

波浪载荷下集装箱船船体结构的受力分析

本文通过船舶三维运动程序进行了船舶运动与波浪载荷分析,运用波谱理论进行了长期波浪载荷分析。利用动态载荷法与ANSYS软件相结合计算了一艘5 500 TEU集装箱船在各种波浪载荷下船体结构的受力和应力分布状况,并与现行船级社规范进行了综合比较,可为船体结构的设计提供参考。     

环境干扰力作用下船舶操纵运动仿真数学模型研究

为研究外界干扰因素对船身运动的影响,本文假设船舶航行环境中是小幅度波浪,船身摆动不是剧烈晃动。水流载荷采用切片理论进行计算,船身为一细长结构。以此为基础,建立基于船身局部坐标系的船体运动微分方程,并将其投射至全局坐标系。基于Matlab的Simulink工具对船舶运动微分方程进行计算,结果与现有文献结果较为一致,本文建立模型能够较好地反映外界干扰对船体运动的影响规律。     

船体破损后非正浮条件下波浪载荷的计算方法

在船舶不沉性理论的基础上，采用符拉索夫法分析了不同破舱组合下的船体浮态参数。然后采用线性切片理论，计及水线以下破损后船舶由于舱室进水产生的横倾角与纵倾角的影响，利用多极展开法求解非对称剖面的二维辐射和绕射流场。计算了破损船体非正浮状态条件下的波浪载荷。在一定假定条件下，将切片法计算的波浪载荷同静置法计算结果进行了比较，分析了船体破损后的载荷变化。     

THAFTS在大型散货船水弹性响应中的应用

随着船舶主尺度的增加,在进行船舶运动与波浪载荷分析时,为了考虑船体弹性变形与流体运动的相互作用,有必要采用水弹性分析方法。采用中国船舶科学研究中心开发的三维水弹性软件THAFTS对大型散货船的水弹性响应进行研究。首先,采用有限元方法分析了船体在真空中的固有频率和振型;然后基于模态叠加原理,计算了船体在波浪中的运动和水弹性响应,并讨论了航速对波浪载荷的影响;最后探讨了波激振动对船体结构疲劳损伤的影响,所得结论对于大型船舶的结构设计具有重要的参考价值。     

基于OpenFOAM的船舶与液舱流体晃荡在波浪中时域耦合运动的数值模拟

波浪中载液船舶运动激励舱内液体的晃荡,舱内液体晃荡产生的冲击力同时作用在舱壁上,进而影响船舶的运动姿态。波浪中船体水动力和时延函数是在势流理论范畴下采用切片法和脉冲响应函数方法计算获得的,液舱内液体非线性晃荡是基于粘性流理论实时计算模拟,两者耦合建立了波浪中载液船舶与液舱流体晃荡耦合的运动方程。论文基于开源CFD开发平台OpenFOAM,自主开发实现了船体运动与液舱晃荡的耦合计算程序,并进行了相应的数值模拟计算和验证工作。该方法完整地考虑了波浪、船体和液舱晃荡之间的耦合作用,并结合船体内外流场特点分别采用了势流和粘性流理论,具有较高的计算效率。通过数值模拟计算和模型实验研究表明,数值模拟计算能够清晰显现出液舱晃荡对船体全局运动影响,船体运动计算结果与模型实验结果吻合良好。     

水面舰船迎浪航行时大幅运动预报的切片算法

将预报船舶运动和波浪载荷的切片理论加以扩展，应用于有限深水中船舶迎浪航行时大幅纵向运动和波浪载荷的时域求解。预报结果体现出考虑了湿表面及化后引起的船舶运动和受力的非线性性质。本计算方法简便、实用，适用于船舶纵向大幅运动预报。     

Wave loads on ships sailing in restricted water depth

The effect of shallow water on the vertical wave-induced loads acting on the hull is studied by a modified linear frequency domain deep water strip theory. A more general form is applied for the diffraction force and the incident wave. The trends in motion and load responses with water depth are discussed for two particular ships.     

集装箱船等效设计波法中疲劳载荷概率系数的确定

为了在应用等效设计波方法时将船体梁载荷规范包络值、运动包络值、加速度包络值转换为疲劳评估载荷,需得到疲劳载荷概率系数这一重要参数。采用基于三维势流理论的水动力计算软件,分析多型集装箱船不同航速及超越概率的载荷长期预报值,得到用于疲劳评估的疲劳载荷概率系数的直接计算值。对直接计算值进行回归分析,拟合出各载荷的概率系数简化公式。结果表明,简化公式比较理想。     

航行工况下自升式风车安装船强度直接计算研究

自升自航式风车安装船为海洋工程专业特种船舶,在风机运输,安装中有很高的实际利用价值。采用直接计算法,对航行工况下自升自航式风电安装船的总强度进行评估。建立了船体和桩腿的有限元建模,基于三维势流理论对波浪垂直弯矩进行长期预报,得到风车安装船在典型装载工况下的设计波参数,将船舶在设计波中的重力、静水压力、水动压力、惯性力等施加到模型上进行直接强度分析,对航行工况下船体和桩腿的强度进行了校核。本文的计算方法及结果可为自升自航式风车安装船的整体强度评估、船体结构优化提供有效依据,并且对同类工程船的设计开发具有指导意义。     

舰船大风浪中航行最大允许航速计算模式研究

舰艇在大风浪中航行,当航向已定时如何确定最大允许航速是航海界关注的课题。本文采用CFD(计算流体力学)方法和耐波性理论相结合的新模式,分别研究了浪增阻、风增阻及螺旋桨推力损失的计算方法,给出了比较精确的舰艇大风浪航行时的船体负载。在此基础上,运用船—机—桨理论,解决了最大允许航速(轮转速)的求解问题。     

片体布局对四体船阻力的影响（英文）

Multihull ships are widely used for sea transportation, and those with four hulls are known as quadramarans. Hull position configurations of a quadramaran include the diamond, tetra, and slice. In general, multihull vessels traveling at high speeds have better hydrodynamic efficiency than monohull ships. This study aims to identify possible effects of various quadramaran hull position configurations on ship resistance for hull dimensions of 2 m length, 0.21 m breadth, and 0.045 m thickness. We conducted a towing test in which we varied the hull spacing and speed at Fr values between 0.08 and 0.62 and measured the total resistance using a load cell transducer. The experimental results reveal that the lowest total resistance was achieved with a diamond quadramaran configuration at Fr = 0.1?0.6 and an effective interference factor of up to 0.35 with S/L = 3/10 and R/L = 1/2 at Fr = 0.62.     

三体船垂向波浪载荷预报

以一艘三体船为例,采用基于三维线性势流理论的流体动力计算程序,进行船体波浪载荷的长期预报,并将波浪载荷的长期预报值与英国劳氏船级社三体船规范计算值进行比较分析。结果表明,在现有条件下预报结果具有一定的准确性,可用于指导船体初步结构设计。     

Analysis of hydrodynamic characteristics for arbitrary multihull ships advancing in waves

Multihull vessels have emerged as popular alternatives to conventional monohull ships for high-speed crafts. However, the bridging structures connecting the hulls are vulnerable to various wave actions and the wave impact on the bottom of them is the most serious problems associated with multihulled vessels. In this study, prediction of relative wave elevations under the bridging structures is investigated for multihull ships traveling with forward speed in waves. A computer code YNU-SEA using the three-dimensional (3D) Green function method with forward speed has been developed and used to analyze the hydrodynamic radiation and diffraction forces and motion responses for high-speed catamarans in waves. The results of the present calculations are compared with those of previous calculations as well as with experimental results. The numerical results reveal that the present computer code can be used as a powerful tool for the accurate numerical computation of seakeeping problems for multihull ships advancing in waves. Numerical calculations of wave pattern are also carried out including wave interactions between the hulls to analyze the effects of hull form on the free surface flow around catamarans advancing in waves. The analysis of the wave pattern allows the determination of relative wave height including radiation and diffraction waves. Finally, some discussions are included based on these numerical results which may be helpful for the accurate prediction of relative wave height and wave breaking load on the deck associated with multihull ships.     

两船并靠状态下的运动响应数值模拟研究

针对两船并靠工况复杂,各种运动相互间存在耦合的情况,基于三维势流理论和波浪的辐射/衍射理论,应用多体水动力学软件,建立了船体、护舷和缆绳的模型,开展了两船在风、浪、流作用下的运动响应数值模拟。模拟结果可作为并靠方案设计和优化的参考依据,也可为两船并靠状态下的护舷力学性能计算提供支撑。     

Ship resistance of quadramaran with various hull position configurations

Multihull ships are widely used for sea transportation, and those with four hulls are known as quadramarans. Hull position configurations of a quadramaran include the diamond, tetra, and slice. In general, multihull vessels traveling at high speeds have better hydrodynamic efficiency than monohull ships. This study aims to identify possible effects of various quadramaran hull position configurations on ship resistance for hull dimensions of 2 m length, 0.21 m breadth, and 0.045 m thickness. We conducted a towing test in which we varied the hull spacing and speed at Fr values between 0.08 and 0.62 and measured the total resistance using a load cell transducer. The experimental results reveal that the lowest total resistance was achieved with a diamond quadramaran configuration at Fr = 0.1-0.6 and an effective interference factor of up to 0.35 with S/L = 3/10 and R/L = 1/2 at Fr = 0.62.     

大型集装箱船在斜浪工况下的扭矩特征研究及结构强度分析

随着大型集装箱船的发展,针对斜浪条件下扭矩载荷特性及其结构强度的分析研究日益重要.本文采用选定的某大型集装箱船开展动态载荷(DLA)分析,建立了水动力湿表面计算模型和质量模型,研究基于扭矩传递函数和主要载荷控制参数的斜浪设计波参数确定方法,分析超越概率水平对扭矩载荷计算结果的影响.考虑典型斜浪参数和超越概率水平,分析对比DLA扭矩与船舶规范(ABS和HCSR)扭矩的差异及原因,提出集装箱船扭矩载荷计算与应用的建议.在此基础上,选定3个斜浪计算工况(45°,60°和75°)开展结构强度分析,通过分析应力计算云图,研究扭矩载荷下船体结构响应的关键位置及其应力趋势.该研究可为大型集装箱船结构设计过程中船体梁扭转强度计算、舱口角隅设计、抗扭箱强度评估等方面提供有益的参考.