舱内液体附加质量对船体振动影响的模型实验研究

基于船体结构模型实验研究了舱内液体附加质量对船体总体振动低阶固有频率的影响.实验以钢质船模为研究对象,采用306DF结构模态分析系统进行实验研究,得到了几种不同装载量下的总体振动低阶固有频率.根据奇点分布法编程计算得到不同舱内水位高度下的附加质量,在进行结构有限元计算的时候考虑了附加质量的影响.将模态实验值与结构有限元计算结果进行了分析比较.     

导流管模态分析方法及论证

基于虚拟质量法的基本理论,采用通用有限元分析软件MSC.NASTRAN对多个导流管模型进行固有模态分析,对比不同介质中导流管模态计算结果,分析论证附加质量对导流管振动特性的影响,探讨导流管模态分析更加可靠、准确的建模方法;对比不同湿模态计算方法结果,论证得到更加准确、高效的湿模态计算方法。     

船体低阶湿模态计算方法对比研究

以某豪华游轮船体为研究对象,针对船体梁的低阶湿模态特性,将虚质量法应用于船体低阶湿模态计算,并与基于Lewis经验公式的附加质量法进行了对比分析。结果显示两种方法前四阶船体湿模态相差均在4.5%以内,特别是船体首阶湿模态相差仅0.3%。但附加质量法计算附连水质量过程复杂,且高阶模态计算偏差大。虚质量法计算过程简单,计算结果准确可靠,并且可在一次计算中得到船体前几阶低阶湿模态。本文使用的计算方法适用于船体低阶湿模态计算,对工程实际问题有一定的参考价值。     

大型船舶船体振动与舱室噪声预报

为保证船舶能符合船级社及国际组织对船舶振动与噪声控制的要求,在设计阶段必须对船体进行振动与噪声分析和预报。以某大型船舶为研究对象,采用声固耦合法和附加质量法对其船体振动情况进行计算分析,采用统计能量分析(Statistical Energy Analysis,SEA)法对其舱室噪声进行计算分析。计算结果表明,该方法能较为准确地模拟船体振动与舱室噪声,满足工程预报的要求,对船体振动与舱室噪声预报相关的工作的开展具有较好的参考价值。     

液舱晃荡对船舶横摇运动影响的数值研究

为了研究加载液舱在船舶航行时舱内液体晃荡对船体横摇运动的影响,对船体外流场(波浪场)与液舱内流场(液体非线性晃荡)分别采用势流理论方法计算,建立了在波浪中船体与液舱流体晃荡耦合的时域运动方程。其中波浪中船体水动力和时延函数采用三维频域法和脉冲响应函数法计算获得,舱内液体非线性晃荡采用时域边界元法计算。对横浪中加载了方形液舱的15000GT集装箱船在不同液舱装载深度工况下,就液舱流体晃荡及其与船体运动耦合分别进行了计算模拟与验证。研究表明,耦合运动模拟结果能清晰地反映液舱晃荡对船体横摇运动的影响,数值结果与试验吻合良好,并具有较高的计算效率。     

滑行艇尾部结构的模态分析和响应预报

针对某滑行艇尾部结构振动问题,建立尾部结构三维有限元模型,应用MSC.Patran/Nastran软件对其进行模态分析和响应预报。其中,采用虚拟质量法模拟流体与结构相互作用来计算附连水质量;运用瞬态响应分析方法计算螺旋桨脉动压力引起的尾部结构振动响应。通过分析获得该艇尾部结构的振动特性,为结构减振设计提供依据。     

基于船体梁的船体弹性变形预报方法

将船体简化成一根两端完全自由、质量和刚度沿船长方向分布不均匀的变截面梁,采用迁移矩阵法算出船体梁的固有频率和振形;将三维势流理论和结构动力学方程相结合,求出船体振动的主坐标,再利用模态叠加原理得到计算点的幅频位移响应;利用谱分析方法计算不同工况时的船体变形,并根据雷利分布得到其统计值。以某船为例,利用该方法计算船体相对变形,并对结果进行分析,得到了船体变形随着航速大小和浪向角改变的规律。     

邮轮推进器舱与吊舱推进器耦合振动分析

针对采用吊舱推进器的邮轮建立4种尺度的有限元模型,各尺度模型均包含2种类型:A类以质量点模拟吊舱推进器,B类建立吊舱推进器的三维有限元模型。分别对两类有限元模型进行模态分析,通过比较固有频率来分析吊舱推进器与主船体的振动耦合效应。通过振动模态对比,确定结构动力学计算的最佳模型尺度范围,并在此基础上进行推进器舱振动响应分析。结果表明,在模型较大时,吊舱推进器对结构扭转振动耦合影响最大,而在计算模型范围较小时,其对水平振动耦合影响最大;垂向速度响应的最大值并没有出现在激励力正上方,而是位于2个吊舱推进器之间的船中区域。本文结论可为船体尾部振动优化分析与邮轮设计提供参考。     

船体薄壁梁弯扭耦合振动的流固耦合分析

采用耦合有限元,边界元法计算水中船体的弯扭耦合振动.文中用一维薄壁梁有限元模拟船体梁,在横剖面处用二维边界元方法计算结构表面卢压,推导出表征流体对振动特性影响的附加质量阵,编制了用流同耦合方法求解船体振动模态的程序.通过与采用ANSYS软件进行耦合场分析以及刘易斯方法得到的振动模念相比较,验证了文中方法的可行性和应用性.     

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。     

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。     

Investigation of Sloshing and its Effects on Global Responses of a Large LNG Carrier by Experimental Method

液舱中液体晃荡不仅对液舱结构产生内载荷作用,同时也通过与船体运动的耦合对LNG船的波浪载荷产生影响.文章通过某大型LNG船自航模型在波浪中的带液舱运动和波浪载荷试验,研究液舱中液体晃荡特性及其对总体波浪载荷的影响.同时对液舱有水(30%H)状态下的液舱中液体运动周期进行了试验研究,结果发现:在相同排水量和重量分布下,液舱中液体的存在对船体梁垂向振动频率和船体横摇周期都有影响;液舱中液体的运动周期不仅与液舱本身的形状和液面高度有关,还与船模航行时遭遇的浪向以及航速有关;虽然船舶浪向和航速是液舱内液体晃荡对总体波浪载荷产生影响的敏感参数,但总体影响不显著.     

推进轴系——船体结构低频弯曲振动耦合特性

为分析水面舰船推进轴系与船体结构的低频弯曲耦合振动问题,利用有限元法建立了推进轴系—船体结构耦合系统的数学模型,计算系统的垂向及水平向弯曲振动固有特性,并与利用简化模型得到的计算结果进行了对比分析。结果表明:在推进轴系第1阶弯曲振动固有频率以下频段,推进轴系—船体结构系统主要体现为船体梁振动,推进轴系跟随船体梁运动;在推进轴系的每阶振动固有频率附近,由于存在一个固有频率非常接近的船体梁振动模态,故在该频段桨—轴系统与船体梁有较强的耦合作用;在船体梁的质量及截面面积惯性矩远大于轴系对应参数的情况下,仅分析推进轴系自身的低频固有振动特性时,将船体结构简化为刚性安装基础所带来的误差很小,但是推进轴系简化模型不能反映推进轴系—船体结构的耦合振动模态及多轴系时的反相位振动模态。     

基于三维水弹性方法散货船运动与波浪载荷分析

采用三维有限元方法分析船体干结构在真空中的振动模态,结合模态叠加法和边界元法计算船体在流场中的水弹性主坐标响应,给出船体剖面载荷。讨论波激振动对船体结构疲劳损伤的影响,分析表明,大型船舶的弹性效应较为明显,在高频处容易发生波激振动现象,而波激振动加大了船体结构的疲劳损伤。     

舱段截断时边界条件的选取方法

为减小工作量,常常需要截取某个舱段进行单独分析。本文研究舱段截断对振动模态和谐响应的影响,分析截断处的位移、内力和弯矩的连续性边界条件。对单舱段一端分别施加自由、周向径向简支约束、轴向约束以及三向约束等不同的边界条件,并与全船模型的I舱段进行对比,从模态的固有频率和频响曲线两方面进行比较。结果表明,在舱段频率以上,将舱段截断处理为简支约束比较合理。     

主机液压顶撑对船体振动控制的影响

主机液压顶撑广泛用于主机和船体结构的振动控制中。本文首先讨论了液压顶撑的2种工作模式,即主动模式和被动模式,并在此基础上总结概括了液压顶撑动态特性及其简化模型。针对不同的工作模式,对在振动计算中的模拟及求解方法进行了阐述及对比分析。以某型原油船为例,结合主机顶撑不同的布置形式和工作模式的组合,分别利用模态叠加法和直接积分法进行了全船振动响应分析。计算结果表明,通过设计主机顶撑的布置形式,并根据主机临界转速点转换液压顶撑的工作模式,可达到优化主机和船体结构振动响应水平的目的。     

基于修正大质量法的船体振动及水下声辐射预报

[目的]大质量法(LMM)可将设备机脚的激励加速度转化为力载荷,是结构振动响应与声辐射仿真分析的常用方法。为提高LMM在船体声振响应计算方面的应用精度,提出对LMM的修正。[方法]首先,分析LMM的适用原理,得出合理的大质量倍数区间;然后,基于船舶的阻尼分析,引入瑞利阻尼质量比例系数对LMM加以修正;最后,将修正前、后的LMM计算结果分别与某油船测试的数据进行对比,并基于修正大质量法(M-LMM)计算所得船体谐响应结果,进一步计算船舶水下辐射声功率与垂直声场指向。[结果]结果显示,在20～200 Hz分析频段内,应用2种LMM计算所得的振动响应频谱曲线趋势相近,但M-LMM的计算结果更接近于实测值,平均误差仅2.70%。[结论]M-LMM可提高船体响应仿真精度,能为船舶前期设计阶段提供更准确的设计依据。     

基于SPH流体仿真的船模阻力试验过程的虚拟展现

通过求解RANS方程计算船体周围粘性边界层,同时结合VOF方法处理自由表面,能够获得带自由表面的船体周围稳态粘性流场,但是难于比拟拖曳水池模型试验得到连续变化的流场,该文提出采用SPH流体仿真方法模拟船模阻力试验中自由表面及流场的生成与演化,并借助三维交互式图形显示技术实现试验过程的虚拟展现,最后以DTMB 5415船模试验加以例证。     

船体形状因子的数值分析

进行低速下的船舶缩尺模型的阻力试验,将总阻力视为黏性阻力,获得船体形状因子(1+k),用于实船总阻力的预报,考虑到在低速下仍会存在兴波阻力的影响,采用商业CFD软件以叠模的数值模拟方法分别对某KCS、散货船、高速单体船船模进行船体形状因子的计算,并将数值模拟结果与模型试验获得的船体形状因子进行对比,结果表明,采用数值模拟的方法获得船体形状因子是可靠。     

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。