穿浪双体船横向强度与扭转强度的有限元计算

穿浪双体船的连接桥在横浪和斜浪中遭受比较大的横向弯矩和扭转力矩的作用,其自身的强度对穿浪双体船的安全性来说至关重要。本文在有限元理论的基础上,采用直接计算方法对一艘穿浪双体船进行了横向强度和扭转强度的整船有限元分析,对其总强度进行了校核,并初步分析了该船上层建筑对总横强度的影响。通过对计算结果的分析,掌握了该船的应力分布,为结构优化设计提供依据。     

穿浪双体船扭矩计算方法研究（一）

穿浪双体船是在双体船的基础上开发出来的一种新船型。它因具有速度快,适航性好,布置宽敞等优点而受到人们的关注。但由于穿浪双体船左,右片体比普通双体船片体窄而高,连接桥宽度很大而其高度又很小的特点,使连接桥的横向强度,扭转强度成为结构设计的关键技术,穿浪双体船在航行中的波浪载荷是很复杂的,直到目前为止,还没有找到关于双体船设计“规范”专门对双体船外载荷进行准确,详细的研究与计算,这就给穿浪双体船的研究设计带来一定的困难,为此,针对穿浪双体船在波浪中的受力状态,根据力学平衡原理,在研究计算总纵弯矩的基础上,采用数学积分的理论方法,推导出了穿浪双体船波浪外载荷及连接桥扭矩,横向弯矩的计算方法,通过对某型穿浪双体船的计算,并与其他近似方法比较,认为本方法的计算经是相当精确的。     

带自控翼穿浪双体船纵向运动研究

减小穿浪双体船在波浪上的纵向运动对提高其性能具有非常重要的意义。本文在传统固定水翼和尾压浪板的基础上引入自控翼系统,根据切片理论,利用Matlab编程计算穿浪双体船的纵向运动。根据计算和试验结果分析得到水翼的最佳运动控制方式,进而得到穿浪双体船带自控翼时的纵向运动。对比结果表明,自控翼系统可以较大地减小穿浪双体船的纵摇幅值。     

铝合金穿浪双体船波激振动响应计算研究

对穿浪型双体船在波浪中航行时的受载状况进行研究,采用规则波理论计算其所受波浪外载荷。利用有限元法建立了铝合金穿浪双体船波激振动响应数值计算模型。基于水弹性理论,采用所建立的数值模型对某全铝合金穿浪双体船高海情试验进行了数值模拟,将数值模拟结果与实船试验数据进行了比较,证明本文方法可靠。进行了该船受6级海况波浪激励的振动响应计算,发现全铝合金穿浪双体船波激振动位移响应较大,远大于常规单体船。还发现高海情中航行时的波激振动应力响应值亦较大。     

穿浪双体船兴波阻力研究

对穿浪双体船（WavePiereingCatamaran,简称WPC）兴波阻力理论计算方法进行了研究,在此基础上对一艘穿浪双体船模型的兴波阻力进行了理论计算,并将理论计算结果与模型试验结果、25°系列阻力图谱计算结果进行比较,探讨了片体修长系数、片体间距对WPC兴波阻力影响的规律。     

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。     

波浪对穿浪双体船摇荡运动的影响

穿浪双体船作为一种新船型,逐渐在近海高速客运领域中发挥重要作用。研究穿浪双体船在不同海况条件下的摇荡运动规律具有重要意义。本文采用修正切片法计算某穿浪双体船的纵摇、垂荡以及横摇运动的幅值响应函数,并采用谱分析的方法统计计算其在不同海况条件下的摇荡运动规律,通过零航速时计算结果与试验结果的比较,验证了本文计算方法的正确性。最后,对本文计算对象在不同海况条件下的摇荡运动规律进行了分析。     

穿浪双体船中间艏平首结构的工程应用研究

穿浪双体船的中间艏采用平首结构,可以为驾驶员提供首部宽度参照,在航行或靠泊的操船过程中对水下片体进行保护。将常规双体船的平首结构应用到穿浪双体船中,形成一种国内特有的杂交穿浪双体船型,通过对穿浪双体船中间艏线型改型和模型的耐波性试验,结合平首结构的施工工艺设计和结构强度分析,解决了平首结构在穿浪双体船上的工程应用问题,为同类型穿浪船的研制提供了可借鉴的经验。     

穿浪双体船剩余阻力影响因素分析及总阻力预报方法

文章在30～60米级穿浪双体船系列模型试验研究和实船设计的基础上,对影响穿浪双体船剩余阻力的相关因素进行分析.其中片体瘦削系数L/△<'1/3>、片体间距比K/b和艉扰流板深度h对于穿浪双体船的剩余阻力影响显著,实船设计中存在最佳状态.文中对模型试验数据进行分析整理,绘制了不同片体间距比下的剩余阻力系数图谱,提出了一种基于模型试验的穿浪双体船总阻力预报方法,计算实例表明该方法在设计初期缺少模型试验的情况下,能够较准确、高效地预报穿浪双体船的总阻力,对穿浪双体船参数的优化和快速性预报有一定的工程实用价值.     

200t高速穿浪双体渡船喷水推进器设计

穿浪双体船作为一种有着优良快速性与耐波性的新船型,在海上高速运输方面显示出了普通船舶无可比拟的优势。而喷水推进器作为一种适于高速船舶的新型推进器,其技术也日臻成熟,有着广阔的发展前景。目前,众多高速穿浪双体船采用了喷水推进器,实践证明了其卓越的综合航行性能。本文以200t高速穿浪双体渡船为例,进行了喷水推进系统主要参数的计算、校核以及双体船航行特性曲线的绘制。     

基于数值模拟的半潜式钻井平台附加质量研究

为了较为完整地明确计算钻井平台影响附加质量的因素,以及附加质量之间的关系,文章主要基于数值模拟计算的方法,通过水动力分析软件AQWA求解平台36个附加质量分量,通过与数学模型计算对比分析得到相应的结果。从AQWA分析得到的视图中可知,平台的附加质量分量随波浪频率的变化而变化;在横荡方向的附加质量由小到大依次为型一、型二、型三平台,与平台在xoz平面内的面积投影大小关系对应,而纵荡方向附加质量基本与平台在yoz平面内的面积投影大小关系对应;通过公式计算的附加质量分量与数值模拟的独立附加质量分量数高度一致。得到平台的附加质量大小与波浪的频率有关;平台在坐标平面上的投影面积大小能在一定程度上反应出附加质量的大小;36个附加质量分量中有21个是独立的。     

基于ANSYS的三圆柱附连水质量计算

对三体船总振动预报,需计算参与振动的附连水质量。采用ANSYS流固耦合方法模拟了一系列的不同尺度比、不同间距的三圆柱在水中振动特性,并计算附连水质量。三圆柱体的振动附连水质量随着片体增大而增加,垂向附连水质量随着片体与主体的间距增大而减小,水平振动附连水则相反,但最终都趋向于3个单独的圆柱体附连水质量之和,并根据所求结果在单圆柱体的基础上给出一个修正系数来求三圆柱体的附连水质量,并推广到三体船上。     

有限域液体附加质量对板结构振动特性的影响

基于附加质量法、公式估算法以及流固耦合有限元方法对有限域流体与结构耦合振动特性进行计算分析,以方箱底板单面接触有限域的液体,以及双面分别接触有限域液体和无限域液体工况为例,通过一系列计算得出工程中处理附连水质量影响的一般方法和经验。给出处理有限流体域问题时附加质量法的一般适用准则,即当浸水参数h/b0.1时,利用附加质量法具有足够的工程计算精度,而当h/b>0.1时,建议采用流固耦合方法进行计算。     

A comparative analysis of the fluid-structure interaction method and the constant added mass method for ice-structure collisions

The constant added mass (CAM) method and the fluid-structure interaction (FSI) method are widely used to simulate ship-ship and ship-ice collisions. In the CAM method, the hydrodynamic effect of the surrounding water is treated as a constant added mass, whereas in the FSI method the surrounding fluid flow is explicitly modelled. The objective of the paper is to compare the two methods and to explain the causes of the differences in the results. We considered collision between a freshwater ice mass and a floating steel structure. For both methods, the numerical simulations were performed with the LS-DYNA software. The behaviour of the ice mass was modelled using an elliptic yield criterion and a strain-based pressure-dependent failure criterion. To ensure realistic ice behaviour, the ice model was calibrated using general trends found in laboratory and in-situ indentation tests with focus on the laboratory-grown ice and the fluid model in the LS-DYNA was verified by comparing the added mass coefficients for a spherical body and a rectangular block with the corresponding WADAM results. To validate and benchmark the numerical simulations, experimental data on ice-structure interactions in water were used, including the acceleration of the floater wall measured with the dynamic motion unit (DMU), the relative velocity between the ice mass and the floater before the impact and some images extracted from video recording of the test. The comparisons indicated that the FSI method yields better results for the motion of the floater, i.e., the acceleration of the floater wall caused by the ice mass’s impact and the relative velocity were in reasonably good agreement with experimental measurements. It was also found that the CAM method was faster but predicted a higher peak contact force and more dissipated energy in the ice mass than in the FSI method.     

弹体出水附加质量计算及对阻尼系数的影响分析

给出了水下结构刚体运动、弹性振动引起的附加质量的计算方法;考虑水下结构运动产生的附加质量是随时间变化的量,给出了计及这种变化的结构运动方程,由此得出变化的附加质量所引起的阻尼系数的改变项。在此基础上以弹体出水过程为研究对象,计算了出水过程中结构附加质量随时间的变化情况,同时得出弹体附加质量的变化所引起的阻尼系数的改变量。计算结果表明：附加质量在水深和自由液面附近变化平缓,结构在二者之间运动时变化显著,且由此引起的阻尼系数的改变量不可忽略。     

液化天然气船船体极限强度分析

分别运用基于非线性有限元法的通用软件MSC/Mare以及基于逐步破坏法的自编程序SUS对1艘液化天然气(LNG)船的船体极限强度进行分析.探讨了LNG船船体极限强度计算的思路和方法,并将两种方法对该船的船体极限强度计算结果进行比较分析.结果表明,利用MSC/Marc程序对LNG船进行船体极限强度分析的结果与简化方法(SUS)的结果相近,并得出了一些有价值的结论.     

应用奇点法计算流体对结构振动的影响以及关于附连水质量的相似关系

本文把流体力学奇点法与结构有限元法相结合,计算流体对结构振动的影响。这种方法用结构浸水面上的边界元代替流体所占空间内的流体元,可以大大节省计算机容量和减少计算机时。本文还分析了附连水质量计算中的相似关系。文中得出的这些关系使得有可能应用奇点法和有限元法的计算结果为一些较复杂形状的结构得出简便而实用的附连水质量计算公式。文中给出了应用作者所编计算机程序计算附连水质量和水中结构固有振动频率的实际例子——不同浸水情况下的平板、带弹性防挠材的板、实船底部板格以及船舶艉部立体舱段。计算结果与试验结果进行了比较,二者基本符合。     

码头前系泊船舶的附加紧水体质量系数

船舶附加水体质量是影响系泊船舶撞击力的重要因素之一.为了制定更为合理的系泊船舶荷载设计标准.需要针对船舶的附加水体质量系数开展深入的参数研究.采用三维频域方法,分别对无限开敞水域和半无限开敞水域中不同船型进行了计算,分析了船舶尺度、水深、装载度和码头类型等因素对附加水体质量系数的影响.结果表明:船舶尺度(或装载度)越大...     

三圆柱体附连水质量的数值计算

研究船舶总振动时,单体船及双体船的附连水质量已经有了计箅公式,但是针对多体船（如三体船）的总振动,国内外的研究甚少。随着三体船的需求增加,需在设计时对其总振动进行预报。正确预报三体船的振动,需正确计算参与振动的附连水质量.介绍采用CFD软件Fluent数值计算三圆柱体附连水质量的简便方法,通过计算得出三圆柱体附连水质堪随间距变化的规律,得出三体船垂向振动的单位长度的附连水质量,为三体船的总振动计算提供了依据.     

单点系泊海洋资料浮标的动力分析

本文在静力计算的基础上，应用三维势流理论数值计算程序计算浮标体的附加质量（矩）、阻尼系数和所受波浪力。采用美国数据浮标中心（NDBC）提出的分析方法，即将锚泊线动力方程线性化，并考虑到锚泊线与浮标体之间相互耦合的关系，在频率域中对单点系泊浮标进行了动力分析。文中还提出了当锚泊线中间有集中质量（悬挂重量或浮球）时相应的处理方法，因而不仅适用于简单的单点系泊浮标的动力分析，也适用于水平系泊浮标的动力分析。文中对三种典型的海洋资料浮标进行了考核计算，计算结果与试验结果比较有较好的一致性。