顶浪、斜浪中复合材料双体艇艇体结构耦合响应数值分析

采用流固耦合（Fluid-Structure Interaction,FSI）的艇体波浪载荷和结构响应的数值分析方法,对顶浪、斜浪中复合材料双体艇结构的动态响应进行研究。分别建立了完整的复合材料艇体有限元模型以及流场模型,基于数值水池造波技术,通过计算获得了顶浪、斜浪中复合材料艇体结构的时域动态响应结果,选取高应力梯度区域,通过网格加密重构同时获得了复合材料的层间应力。选取具有代表性的前10大等效应力与内外面板最值主应力,在将 FSI与传统基于经验公式的有限元法（Finite Element Method,FEM）的结果对比中发现,FSI中拱、中垂的计算结果更接近于 FEM弯扭组合工况,而采用《钢制双体船直接计算指南》计算复合材料双体艇时,所用经验公式的顶浪航行波浪载荷计算值偏小。     

迎浪规则波中高速滑行艇运动响应数值预报与分析

为准确计算滑行艇在波浪中的水动力性能,基于粘性理论,采用随体网格技术、耦合求解运动方程,完成了滑行艇在迎浪规则波中运动响应的数值预报.对滑行艇运动响应结果采用时域和频域方法分析,给出了入射波的周期与滑行艇固有频率对滑行艇运动响应的影响分析结果,对数值计算值与模型试验值进行比较.结果表明,数值计算方法可以准确且高效预报滑行艇在波浪中高速航行时的运动姿态及水动力特性,为滑行艇设计提供指导和参考依据.     

超高速滑行艇在顶浪规则波中的运动特性

滑行艇在高速波浪透行中要求承受极大的波浪载荷和冲击作用力，在恶劣海情下，滑行艇会产生特别激烈的运动，在拖曳水池测得的规则波顶浪说明，这类超高速航行船舶的傅汝德数在2.0-5.0之间，结果表明，船舶运动可划分为一些不同类型的运动，如线性运动，有飞跃和无飞跃的非线性运动，每种类型运动地衡准要根据艇航行状态，傅汝德数，波浪周期及浪高等而定，研究还表明，根据现有基于势论的理论方法和所提出的方法，这些方法中某些水动力值由试验数据所代替，这些方法可应用于滑行艇在超高速时估算艇运动并与测量值进行比较。     

三维流体动力方法计算穿浪双体船的船体响应

穿浪双体船船型复杂,航速较高,要准确预报其波浪载荷比较困难,但同时对于结构设计而言又非常重要。基于线性势流理论,采用三维流体动力学方法在时域上计算了穿浪双体船的运动响应和波浪载荷,时域计算结果经过傅立叶变换,在频域上分析了其响应特征。通过与规则波中试验结果和数值计算结果进行比较分析,表明用该方法计算穿浪双体船的船体响应可以获得比较满意的结果,可应用于同类船舶的波浪载荷预报。     

顶浪中首固定翼波浪推进艇的运动响应和航速预测

基于STAR-CCM+软件对安装首固定翼的无人艇在顶浪规则波条件下的运动响应和波浪推进航速进行研究。利用DFBI模块建立了波浪推进艇的数学模型,应用SST k-ω模型,结合VOF方法,对波浪推进艇在不同周期和波高条件下的运动响应进行数值仿真,得出波浪推进艇垂荡和纵摇运动频率响应函数(RAO)及航行速度。研究结果表明：随着波高的增大,水翼产生的推力逐渐增大;艇体的垂荡运动响应受波高影响较小,艇体纵摇运动响应由于水翼产生的阻尼效应随着波高增大而逐渐减小;波浪推进艇航行速度随着波高增大先增加而后迅速减小。     

斜浪条件下大型集装箱船扭矩特征及结构强度研究

随着大型集装箱船的发展,斜浪条件下的扭矩载荷特性及其结构响应日益重要。以某大型集装箱船为研究对象,建立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,分析不同超越概率水平下扭矩计算值的规律。考虑典型斜浪参数和超越概率水平,分析水动力计算扭矩与船舶规范(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。通过计算45°,60°和75°斜浪条件下的船体结构应力云图,识别斜浪作用下船体结构响应的关键位置,可作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、抗扭箱强度评估等的参考。     

斜浪工况对船体垂向波浪弯矩设计值的影响

在某宽浅吃水型船理论预报和缩比模型试验中,垂向波浪弯矩在斜浪工况下的传递函数与迎浪工况基本相当.针对该特殊情况,基于势流理论和缩比模型试验开展波浪载荷预报,探讨斜浪工况出现该情况的原因;同时,结合短峰波效应、波浪载荷谱密度和波幅限制理论分析斜浪工况对垂向波浪载荷设计值的影响.经研究,斜浪工况对垂向波浪弯矩预报值未产生较大影响,在船舶设计中确定垂向波浪弯矩载荷设计值时,无需考虑斜浪工况的影响.该结论具有一定的工程应用价值,对类似船型的波浪载荷预报具有一定的参考意义.     

基于流固耦合的滑行艇局部结构强度分析

采用ANSYS Workbench软件建立了计及三维波浪载荷的单向流固耦合计算方法和分析流程进行滑行艇结构强度校核,对滑行艇波浪破碎的局部非线性现象有较好的捕捉效果。通过与规范公式计算结果对比表明,采用CFD方法计算的波浪载荷更为合理,能够体现滑行艇结构在不同位置所受载荷的特点,对艇体结构的校核更为精确,可为滑行艇的结构设计提供参考。     

双体工程辅助船波浪载荷

为预报双体工程辅助船在波浪中的运动响应,采用直接计算法和SESAM软件对其波浪载荷进行直接计算。计算结果表明:双体工程辅助船的垂荡运动响应在横浪时达到最大;纵摇运动响应从横浪到顶浪逐渐增大;横摇运动响应在横浪时达到最大;纵摇有关扭矩在艏(艉)斜浪时达到最大,满载出港工况下的响应幅值最大,压载到港和满载出港结冰工况下的响应幅值比较接近;纵向扭矩在艏斜浪附近时响应幅值达到最大,压载到港工况下的响应幅值最大,满载出港结冰工况下的响应幅值最小,即双体工程辅助船在压载航行时的纵向扭转较为严重。从双体工程辅助船结构设计、驾驶及其理论研究等角度提出了建议与对策。     

滑行艇在规则波中的数值模拟

针对波浪中滑行艇水动力性能预报的不足,提出了一种基于六自由度运动模型的滑行艇水动力性能预报方法,实现其在波浪中自由运动的水动力性能预报。首先根据水波理论利用CFD技术完成了三维数值水池的造波和消波,然后以某型滑行艇为模型,将六自由度方程赋予滑行艇,实现了其在迎浪匀速航行时随波浪的自由运动,最后通过Fluent数值计算得到了其在波浪中自由运动时的阻力、升力、升沉位移、纵倾角以及兴波等流场参数。计算结果表明:利用该方法获得的某型滑行艇的流场参数较真实地反映了滑行艇在波浪中的姿态,为滑行艇耐波性实验提供了一定的理论依据。