不规则波对平板冲击作用数值模拟研究

文章采用数值模拟方法,建立了基于FLUENT软件的二维不规则波浪数值模型,探讨了波浪对水平板结构的作用机理.模型中采用RANS方程和标准k-ε方程,采用VOF方法重建自由液面.通过数值模拟复演了波浪冲击水平板结构的过程,将数值模拟结果与实验数据进行比较,验证了模型的可靠性.经过计算和分析,研究了波浪冲击平板过程中的冲击压力和流场特性,得到了冲击压力和流场的分布规律.分析了波陡,净空及板宽等参数对冲击压力和流场的影响.最后,给出了波浪冲击压力与相应水质点垂直速度间的统计关系,并对河海大学原有冲击压力的计算公式进行了改进,提出了新的冲击压力公式.研究结果表明:冲击压力峰值与相应的水质点垂直速度的平方成正比,修正后的冲击压力公式更为合理、可行.论文工作将对准确预测冲击载荷,掌握更多的冲击机理具有重要意义.     

不规则波对平板冲击作用数值模拟研究（英文）

文章采用数值模拟方法,建立了基于FLUENT软件的二维不规则波浪数值模型,探讨了波浪对水平板结构的作用机理。模型中采用RANS方程和标准k-ε方程,采用VOF方法重建自由液面。通过数值模拟复演了波浪冲击水平板结构的过程,将数值模拟结果与实验数据进行比较,验证了模型的可靠性。经过计算和分析,研究了波浪冲击平板过程中的冲击压力和流场特性,得到了冲击压力和流场的分布规律。分析了波陡,净空及板宽等参数对冲击压力和流场的影响。最后,给出了波浪冲击压力与相应水质点垂直速度间的统计关系,并对河海大学原有冲击压力的计算公式进行了改进,提出了新的冲击压力公式。研究结果表明:冲击压力峰值与相应的水质点垂直速度的平方成正比,修正后的冲击压力公式更为合理、可行。论文工作将对准确预测冲击载荷,掌握更多的冲击机理具有重要意义。     

基于CIP方法对波浪冲击过程的数值模拟

为了研究波浪对结构物的冲击过程中空气相的影响,文章基于紧致差值曲线(CIP)方法建立了可压缩两相流数值波浪水槽模型。在模型的验证基础上,首先模拟了规则波对直墙的冲击,冲击压强的数值结果与实验值吻合较好,表明CIP方法可以精确的计算波浪对结构物的冲击问题。最后将模型应用于模拟规则波对水平板的冲击,对比分析了水平板前、中、后部自由面的发展过程。结果表明在水平板中前部,空气垫层是影响波浪冲击中压力变化的重要因素:对波浪的冲击起到了一定的缓冲作用,但空气垫层的存在也使冲击过程更加复杂化。     

不规则波工况下弧形防浪墙波浪载荷试验研究

现有关于弧形防浪墙的研究大多是针对越浪量的,对其上波浪载荷的研究涉及的不多.为弥补现有研究成果的不足并为弧形防浪墙稳定性设计提供参考,文中以复式海堤弧形防浪墙为例,以1∶15为比尺设计了不规则波断面模型试验.布置压力探头对弧形迎浪面的波压力信号进行采集,通过积分法得出合力.通过对不规则波作用下弧形防浪墙所受波浪载荷峰值的概率分布和波浪载荷变化规律进行研究,得出:威布尔分布公式对弧形防浪墙不规则波作用下波浪载荷的概率分布进行拟合效果良好;水平波浪力、垂直波浪力和波浪力矩的最大值、2%累计频率值以及1/3大值平均值均随水深的增大而增大,随波周期的增大而增大,随波高的增大而增大.     

基于正交试验的弧形胸墙波浪载荷对波要素的敏感性分析

以复合式海堤弧形胸墙为研究对象,选择3个因素——水深、波高、波周期,每个因素取4个水平,按照正交表L16(43)设计相关试验组次研究上述因素对复合式海堤弧形胸墙波浪载荷的影响显著性。同时研究弧形胸墙波压力分布规律和波浪载荷时程变化规律。结果表明:对于弧形胸墙压力即时分布,点位与点位之间没有固定的大小关系,但整体上来说,胸墙迎浪面下半部分的波压力普遍大于上部分;在单个波浪周期作用过程中,水平波浪力存在2个峰值,垂向波浪力存在1个峰值2个谷值,垂向波浪力峰值与水平波浪力第1个峰值几乎同时达到,此时对胸墙的稳定性最为不利;水深对波浪载荷的影响最为显著,波高其次,波周期的影响相对最小。     

直立墙上不规则波波浪力试验和统计分析

为确定波谷作用下波浪荷载的概率分布和统计参数,进行了不规则波浪对直立墙作用的室内试验,并对测得的波浪力进行统计分析;通过长期波浪最大荷载与短期波浪荷载的统计关系,得到50 a设计基准期内波浪荷载的概率分布和统计参数。研究结果表明,波谷作用下短期波浪荷载服从Weibull分布,50 a设计基准期内最大波浪荷载服从极值I型分布。     

T型防波堤水平板波浪冲击压强试验研究

通过规则波与T型防波堤相互作用的试验研究,揭示了T型防波堤底部所受冲击压强产生的原因。分析波浪冲击压强历时曲线、相对板宽对冲击压强沿水平板底部分布的影响,得到T型防波堤水平板冲击压强的特性以及2大影响因素:相对超高和波陡。应用因次分析的方法,推导出T型防波堤底板最大相对冲击压强计算的经验公式。结果表明,该公式计算结果与试验值吻合较好,有一定的适用性。     

波浪对平板结构冲击作用数值模拟

为研究波浪冲击特性,应用FLUENT软件建立了规则波与平板结构相互作用的二维数学模型,模型中采用RANS方程和κ-ε湍流模型,以VOF方法处理自由表面.对3种典型工况下的冲击过程进行数值模拟,验证了模型的可靠性,并确定冲击压峰值的平均值作为波浪冲击特性指标.通过大量的数值计算,分别对波陡、平板离开水面距离和板宽等因素对波浪冲击作用的影响进行了分析讨论,并与试验结果进行比较.     

波浪冲击平板过程流场的数值模拟

为研究波浪冲击过程的流场特性,应用FLUENT软件建立了规则波与平板结构相互作用的二维数学模型,模型中采用RANS方程和k-ε湍流模型,以VOF方法处理自由表面.通过对不同工况的数值模拟和试验结果比较,验证了模型的可靠性,得到波浪对结构物底面冲击过程的流场变化特性.然后分别讨论了波陡、平板离开水面距离和板宽等因素对结构物底面水质点最大垂向运动速度的影响,并研究了水质点运动速度和冲击压力之间的关系.     

某船上天线所受甲板上浪载荷模型试验

本文介绍在中国船舶科学研究中心的波浪水池进行的某船上安装的球形天线上所受甲板上浪冲击载荷的船模试验。共进行了顶浪和首斜浪的４个状态的不规则波试验,给出了上浪冲击压力峰值的统计结果和典型上浪压力时历时历曲线,对测量结果进行了简要分析。     

砰击载荷作用下双体船强度计算方法研究

舰船的砰击载荷与结构响应的研究一直备受关注.对于双体船来说,砰击按部位可分为底部砰击、外飘砰击和甲板上浪,和连接相邻船体的甲板下侧,即湿甲板砰击.目前对于双体船的砰击计算还不完善,因此对于该船型的砰击研究十分必要.本文分别利用规范计算和直接计算的方式,对砰击载荷作用下双体船强度影响进行研究.规范计算主要基于中国船级社规范计算砰击载荷,直接计算则是通过线性势流理论预报船波相对速度,借助相关规范确定砰击压力系数,实现砰击载荷的直接计算.通过有限元软件加载计算,分析比较2种载荷计算方法对双体船强度的影响,以指导砰击载荷作用下双体船局部结构的设计实践.     

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。     

箱形驳船底部砰击载荷及结构加强要求研究

针对箱形驳船,建立了三维水动力计算模型,对箱形驳船系列在设计海况下的船体与波浪之间的相对运动和相对速度做了短期预报。运用Ochi船舶砰击理论,分析了箱形驳船在不同吃水和拖航速度时船首砰击的发生概率和砰击压力极值等,并讨论了吃水、拖航速度等因素对箱形驳船底部砰击特性的影响。在此基础上,提出了箱形驳船首部砰击加强的临界航速建议,为箱形驳船规范中有关底部砰击载荷的修订提供参考和依据。     

Numerical study on the dynamic response of a truncated ship-hull structure under asymmetrical slamming

Dynamic response of ship-hull structure under slamming has tracked widespread attention in the marine structural design. However, our understanding on the dynamic characteristics largely relies on the symmetrical slamming cases. This paper presented a preliminary numerical investigation on the dynamic response of a truncated ship-hull structure under asymmetrical slamming based on the uncoupled CFD-FE method. Asymmetrical slamming loads were predicted through combining the seakeeping analysis and CFD method. In there, three kinds of motions (vertical, horizontal and roll motions) of 2D ship sections were obtained through the seakeeping analysis and then the slamming pressure was predicted through simulating the water entry with various motions based on CFD method. The dynamic response was analyzed through finite element method. Numerical predictions including ship motions, slamming loads and dynamic analysis were validated against published experimental data and numerical calculations. The characteristics of asymmetrical slamming loads were analyzed showing obvious asymmetry in space, and the dynamic characteristic of the ship bow structure was further clarified through discussing the deformation and stress distribution. These results are useful for readers for better understanding the dynamic characteristics of the bow structure under slamming.     

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.     

基于波面随机性的船舶底部砰击压力计算方法研究

基于海浪波面的随机特性,研究船舶底部砰击压力的计算方法.分析纵向入水角对船底砰击压力量值的影响程度,建立二者之间的定量关系.在预报船舶砰击压力时引入随机海浪的波面条件,计及船舶运动和海浪波面倾角因素对砰击压力的影响.采用蒙特卡罗数值模拟法对砰击压力的统计规律进行研究,结果表明:计及纵向入水角的船底砰击压力计算方法.更加...     

Experimental investigation into the effects of air pockets on wave-in-deck loads of offshore structures

In this paper, air entrapment during slamming is an investigation subjected to an experimental method of inquiry, analysed alongside a theoretical approach obtained from previous attempts to address similar matters. The experiment consisted of assembling three different sizes and depths of artificially created pockets underneath the 1:75 deck model of a 76 m × 76 m prototype to encourage air entrapment and study how this entrapped air affects local and global loads. A parametric study is ultimately conducted on the geometry of the pocket, altering area and depth to observe the response to the pressure. Air entrapment effects were observed to reduce the magnitudes of impact pressure inside the pocket while slightly altering the force time histories in x and z-directions. Force magnitudes for global forces are significantly close to the smooth deck results. However, horizontal force data are slightly higher than their corresponding smooth deck due to additional surfaces inside the pocket. In addition, a parametric study of the depth and size of the pocket reveals that pocket depth is the dominant parameter that affects the impact pressure inside a pocket.     

一种考虑砰击载荷的双体船湿甲板疲劳强度的计算方法

提出一种实用的计算和分析方法来考虑砰击载荷对双体船湿甲板处结构疲劳强度的影响,保证疲劳寿命预报的精度。首先,根据线性理论计算船体与波浪之间的相对运动和相对速度,并计算船体结构在波浪载荷作用下的应力响应;然后,计算湿甲板在砰击载荷作用下的非线性响应,再将线性响应与非线性响应通过方向性进行叠加,得到波浪载荷与砰击载荷联合作用的应力响应时历;最后,通过雨流计数法计算双体船在危险工况下的湿甲板疲劳损伤。研究结果可为考虑砰击载荷的双体船湿甲板疲劳强度评估提供一些参考。     

拖航工况下半潜平台撑杆波浪砰击敏感性研究

半潜式平台在拖行过程撑杆等细长结构承受的波浪砰击对结构安全影响较大，相关船级社规范中明确要求结构分析过程中需要考虑波浪砰击载荷。基于传统势流理论的数值方法已经被广泛的应用于浮式海洋平台的水动力和砰击载荷的研究，但是对于复杂的粘性干涉效应、波浪爬升、波浪破碎和波浪砰击等实际工程问题不能够运用势流理论准确模拟。非定常的计算流体力学CFD (Computational Fluid Dynamics)方法能够较为准确解决上述问题。因此，本文以982半潜式海洋平台为研究对象，采用计算流体力学中的动态重叠网格方法和流域体积域方法VOF(volume of fluid)，结合水池物理模型试验结果，对平台在拖行工况下撑杆的波浪砰击进行研究。主要对半潜平台撑杆在三种不同流速和风速的拖航工况下撑杆受到的砰击压力的敏感性进行了分析研究，分析波浪砰击下撑杆的瞬态砰击压强分布情况，得到波浪砰击压力危险区域，同时给出拖航工况下撑杆砰击压力系数的变化规律，为分析预报半潜式平台撑杆在复杂的拖航海况下受到的砰击压力提供了参考。