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。     

基于动网格的双圆柱体附连水质量的数值计算方法研究

介绍采用CFD软件Fluent数值计算双圆柱体附连水质量的简便方法。该方法计算出的附连水质量与试验值相比有较好的精度,可以推广于多体船总振动的附连水质量的计算。     

计及流体效应的三体船流固耦合自振特性

采用有限元法和边界元法比较分析三体船结构的流固耦合振动问题,探讨深V型、浅吃水侧体的附连水质量对三体船总振动特性的影响。通过对全船三维结构有限元模型进行纯数值计算,获得三体船结构在无限域流场中的湿模态特性。研究发现,计及流体效应后的三体船自振频率比干模态频率明显降低,首部水平振动与尾部扭转振动的耦合振动在高阶模态中较为突出,侧体的附连水质量对三体船垂向和水平振动影响较小。     

半潜船振动特性

利用Patran软件建立某半潜船有限元模型,应用Nastran软件的Lanczos方法计算此半潜船在不同载况下船舶总体垂向振动各阶模态。将计算得到的各载况下固有频率与该船主机和螺旋桨激励频率进行比较得出此半潜船振动性能良好。附连水质量对于半潜船各载况下的固有频率有十分重要的影响,因此将以源汇分布法为代表的数值计算方法与刘易斯法为代表的经验公式方法进行验证和对比,得出半潜船下潜状态的附连水质量计算应该应用数值计算方法的结论。本文对于半潜船振动设计预报及附连水质量计算具有一定的参考意义。     

某型船尾部振动响应的预报及试验验证

采用水弹性分析方法,利用自行开发的软件对某型船尾部振动响应进行了预报。对建模、附连水质量计算、激振力的确定等问题进行了探讨。该船实船试验结果表明,预报值与实测值比较吻合,说明本文的预报方法较为可靠。     

Green函数法计算船底板振动的附连水质量

本文用Green函数法计算了船底板在理想流体中弹性振动时的附连水质量系数。在计算中用连续板的概念考虑了相邻板格振动时的流体动压力影响,结果表明这和仅考虑一单独板格振动时的流体动压力影响有很大差异。文中给出了板格边长比从0.2到1.0的船底连续板的附连水质量系数以及四周简支和四周刚性固定的矩形板的附连水质量系数,并与H.H.,K.C.Kim以及解析解的结果作了对比和分析。     

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。     

三体船总振动简化预报研究

三体船的结构与常规船差别很大,其总振动呈现有别于常规船型的振动特性。针对某型三体船进行总振动分析,先采用三维有限元法进行预报,再采用迁移矩阵法进行简化预报,探讨了三体船模态计算时的片体刚度缩减。结果证明,只有采用整船三维有限元法才可获取三体船复杂振动特性。但在设计的早期阶段,可将片体刚度按一定比例合并至主体中,再采用迁移矩阵法预报,进而快速进行三体船振动模态预报,同时预报误差可控制在较小范围内,有利于设计的早期阶段进行结构设计方案论证分析。     

40万吨矿砂船全船和局部振动研究

通过有限元法对一艘40万吨矿砂船进行了全船和局部的振动性能预报。在预报过程中通过流固耦合方法添加附连水,用界面位移综合法进行局部模态分析,并用Holden法加载螺旋桨激励。计算中发现:因为主机未加横撑而引起的船体多处剧烈振动。最终提出了添加横撑的方案。该方案能使40万吨矿砂船振动性能改良,满足ISO6954标准。     

螺旋桨附连水效应的数值计算方法研究

在船舶推进轴系振动和校中计算分析中,螺旋桨在流场中引起的附连水效应是一个很重要的参数。但实际计算中,螺旋桨附连水效应一般用其自身转动惯量和质量乘以一个经验系数来得到。针对该不足,文章介绍了分析螺旋桨附连水效应的稳态谐响应数值计算方法和常用经验公式。通过对一个多用途船的螺旋桨附连水效应进行数值计算,并与经验公式的估算结果进行对比分析,误差均在合理范围内,验证了该数值方法的可应用性。     

无航速三体浮驳水动力特性频域分析

为了研究不同工作条件下无航速三体浮驳的水动力特性的变化规律,根据势流理论和波浪的辐射/衍射理论对无航速三体浮驳的水动力特性进行了分析,并以某三体浮驳为例应用水动力计算软件AQWA对其在不同工况下进行了水动力计算。分别求得了该三体浮驳在不同水深、不同吃水深度时的附加质量、附加阻尼、不同波向下的波浪激励力和幅值响应算子随波频的变化曲线,并对其进行了对比分析。结果表明,水深对三体浮驳附加质量、附加阻尼、波浪激励力和幅值响应算子均有较大的影响,特别是在低波频时影响较为显著;水深大于20倍吃水深度后三体浮驳的水动力系数可按照无限水深进行近似计算。吃水深度对三体浮驳纵荡和横荡幅值响应算子几乎无影响,对垂荡和纵摇幅值响应算子的影响较小,对横摇和艏摇幅值响应算子的影响较大。     

超细长三体船阻力计算研究

主船体为超细长体,两侧配置两个小侧体而形成的三体船是一种很有潜力的新船型,近年来已引起了广泛的关注。本文对三体船的阻力原理进行了分析,以“相当平板”假设为基础计算摩擦阻力,采用“1＋k”的方法计算形状阻力;采用线性兴波阻力理论建立三体船的兴波阻力计算方法,提出了一套计算三体船阻力的完整方法。经与船模试验结果比较,采用本方法预报三体船的阻力,Cw的计算结果可以定性地反映侧体布置位置对三体船兴波阻力的影响,计算结果比较接近实际情况,具有一定的可靠性,可用于该船型的阻力预报。     

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。     

三体船型PCC风荷载的实验性研究(英文)

In recent years, demands for car transportation by a ship have been increasing with favorable economic conditions in auto sector, and the need of a pure car carrier (PCC) has grown quickly. A PCC needs huge parking space but smaller displacement since a car is comparatively light for its volume. As a result, almost all PCCs have wide breadth, shallow draft and huge structure above the water surface. These features cause some technical issues of a PCC, like lack of stability, effect of strong winds on its resistance, difficulty of course keeping in rough seas, difficulty of berthing in strong winds, and so on. To overcome these technical issues, one of the authors has proposed a new concept for a PCC. This is a trimaran PCC which has very limited transverse bulkheads in the center hull by using two side hulls as fenders. In the present research, wind forces acting on a scale model of the trimaran PCC were measured in the towing tank with a wind generator at Osaka Prefecture University. Furthermore, in order to clarify the characteristics of wind pressure on the trimaran, height and width of tunnels which are between a main hull and side hulls were changed. And then, in order to imitate a real ship, we used wind reduction technology of corner-cut design for accommodation house of the ship. Moreover, the wind pressure acting on the trimaran was compared with that on a mono-hull PCC. Using these experimental and theoretical results, an estimation method of wind pressure acting on the trimaran PCC is deduced.     

分析水中结构自由振动的三维附加质量矩阵法

船舶总体振动分析需考虑对船体外部水的影响。通过建立水域三维有限元模型进行计算或者先计算出附加质量后,加入到结构质量中进行计算。随着有限元技术的发展,船舶大都采用三维有限元建模。传统方法,例如刘易斯附加水质量法,虽然考虑到纵向变形,但确没有忽略船体横剖面的变形,因而不够准确。采用三维边界元方法,考虑水中结构振动的三维效应,计算三维附加质量矩阵,并对水中结构振动进行分析。结果表明,水中结构振动是三维变形,应该采用三维附加质量矩阵进行振动分析。     

喷水推进三体船阻力与自航数值模拟研究

建立考虑纵倾角及重心升沉等姿态变化的喷水推进三体船阻力数值计算方法,并与船模拖曳阻力试验进行对比,再开展船模自航试验的数值模拟,分析数值计算与模型试验的误差。通过数值模拟可以进一步得到喷水推进器上各部件的受力情况、泵的流量、扬程及其他流场信息,为研究船体与喷水推进装置的相互作用影响规律以及喷水推进与高速三体船的总体匹配设计提供参考。     

海上三体风电运维船阻力和运动性能综合研究

结合海上风电运维船的使用要求和三体船型特点,确定小型高速三体风电运维船船型,并寻求特定海况下阻力性能和运动性能优异的侧体布局方案。基于CFD计算静水阻力和规则波中迎浪增阻与运动响应,并预报不规则波中运动有义值和阻力值。通过比较表明,主、侧体艉部对齐时三体运维船的综合性能最优。从而为海上三体风电运维船的设计和性能预报提供参考。