超大型集装箱船载荷响应特性的数值研究

相比于散货船、油船等,超大型集装箱船的船体弹性效应,特别是弯扭耦合效应十分明显,本文主要研究弹性效应对目标船所受波浪载荷数值计算结果的影响。本文分别采用了有限元法计算船体弯扭耦合模态和迁移矩阵法计算弯扭不耦合模态。本文基于三维水弹性理论在考虑弯扭耦合效应的条件下,计算分析1艘2万箱级超大型集装箱船的载荷响应特性,并把计算结果和基于刚体假设的载荷计算结果进行对比。本文在不考虑船体弯扭耦合模态下,计算目标船的波浪载荷,并把其与考虑弯扭耦合效应下的结果进行对比。最终得出在计算超大型集装箱船波浪载荷时,弹性效应和弯扭耦合现象不可忽略的结论。     

大开口船弯扭耦合振动分析

本文探讨了用计及剪切和翘曲影响的薄壁梁有限元方法来计算大开口船弯扭耦合振动的特性,导出了抗扭箱对增加船体扭转附加刚度的计算公式,并作了数值计算和实验研究。按本文方法编制的计算程序,除能进行弯扭耦合振动分析外,还能计算垂向或水平扳动以及扭转振动。     

迁移矩阵法在船体弯扭耦合振动分析中的应用

本文讨论了迁移矩阵法计算大开口船舶弯扭耦合振动问题，导出了多种点迁移和场迁移矩阵，并作了集装箱船的弯扭耦合振动分析。计算表明：用迁移矩阵法分析大开口船舶的弯扭耦合振动具有占用内存少、数据准备简单等优点。     

集装箱船弯扭耦合振动分析

本文基于薄壁结构力学基本理论，提出了一种适合于大开口集装箱船弯扭耦合振动分析的薄壁梁有限元模型。该模型考虑了翘曲、剪切及剖面转动的影响，以及货舱大开口和抗扭箱（甲板梁）引起的结构不连续性。其例中，计算结果与三维有限元分析结果、模型试验结果相当吻合，而薄壁梁有限元的计算效率要高得多，算例还表明抗扭箱（甲板梁）对提高集装箱船的抗扭刚度有十分重要的意义。     

船体薄壁梁剖面特性参数计算方法

讨论船体薄壁梁剖面特性计算的4种主要方式，并以一个“标准”的船体剖面对采用各种计算方式得到的剖面特性参数的结果进行比较和分析，说明在大开口船舶弯扭组合强度计算分析中，采用等效板厚的方式引起的误差不大。     

船体梁载荷反演方法与试验研究

针对实际航行过程中船体梁载荷难以直接测量的问题,提出一种弯扭分解载荷反演算法,以弯扭耦合载荷作用下的结构响应为输入,分离并输出结构所承受的弯矩和扭矩,并通过船体梁弯扭分解试验对该算法的可行性进行验证。船体梁载荷反演结果表明,提出的弯扭分解算法能将船舶航行过程中耦合在一起的载荷进行有效的分解测量,具有工程可行性。     

船体弯扭耦合振动计算研究

基于Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁理论和Ｂｅｎｓｃｏｔｅｒ理论,建立了分析船体结构弯扭耦合振动的薄壁梁有限元模型。该模型能考虑翘曲和剪切变形的影响,能精确描述船体薄壁梁的纯弯状态和非均匀扭转,适用于任何形状的船体横剖面。重点讨论了翘曲位移协调问题,提出了新的船体不同剖面形式梁段间的翘曲位移协调方法。本文还讨论了船体薄壁梁计算模型的简化问题。数值算例证实了本文方法的正确性。     

提高大开口船舶弯扭组合强度的方法研究

基于CCS规范,以某集装箱船为例,介绍一种大开口船舶弯扭组合应力的计算方法,总结出大开口船舶扭转翘曲应力在船长方向及横剖面上的分布规律;利用五种方案对船体某些部位进行加强,经过计算,定量比较这些方案对改善船舶扭转强度的优劣,最后得出加强抗扭箱平台板是最佳降低翘曲应力的方法的结论。     

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.     

大开口船舶扭转强度及结构加强方式研究

文章介绍了大开口船舶扭转强度的薄壁杆件理论计算,以120 TEU内河集装箱船为例,详细计算了该船的扭转强度及弯扭合成应力;并对120 TEU集装箱船结构加强方式进行了研究,从中找出较佳的抗扭结构加强方式,得到一些具有工程应用价值的结论.     

东海涌浪环境下大型起重船吊装组块耦合运动响应数值模拟研究

我国东海海洋环境复杂,经常出现小波高、长周期的涌浪.长周期涌对系泊大型起重船吊装海洋平台上部组块影响比较大,尽管涌的波高较小,但是,吊物组块运动幅度明显比同等波高海况时的要大,严重影响了海洋平台的安装施工效率和进度,甚至威胁作业安全.本文采用水动力势流软件,建立系泊-大型起重船(包括吊臂)-索具-大型组块吊物的耦合运动模型,研究复杂涌浪环境下耦合系统运动响应特性及其机理,并开展了参数敏感性分析,讨论对耦合响应影响因素.最后,对东海涌浪情况下起重安装施工,提出了降低吊装组块运动响应的建议措施.     

水介质对船冰碰撞结构响应的影响

以极地运输船舶艏部作为研究对象,建立基于流固耦合算法的船-水-冰耦合技术对三维船艏与冰体碰撞的结构响应问题进行了研究,结合非线性有限元软件LS-DYNA对比分析了考虑流固耦合(即有水介质)的船-水-冰碰撞模型和不考虑流固耦合(即无水介质)的船-冰碰撞模型与同质量不同速度的冰体发生碰撞下的结构响应问题,揭示了不同碰撞工况下船舶在损伤变形、碰撞力、速度等方面的变化特征及差异,同时阐述了水介质在船冰碰撞中的作用,可以为极地运输船舶的抗冲击结构设计提供参考。     

纵浪上船舶的动稳性研究

在纵浪上航行的船舶，当升沉（或纵摇）固有频率约为横摇固有频率的2倍时将发生参数激励主共振。本文考虑升沉对横摇的耦合作用，建立了非线性参数激励横摇运动方程。用多尺度方法对方程进行求解，用Floquet理论和分岔理论对定常解进行稳性分析，获得了参数激励主共振下的不稳定域和可以导致船舶倾覆的多数区域，为船舶的动稳性研究提供了一种新的方法。与数值结果的比较验证了本文的结论。     

不对称船体结构动态特性研究

针对计算常规船舶结构动态特性的方法不适用于计算左右不对称横剖面船体梁动态特性的问题，本文将船体视为薄壁梁并离散成梁段，推导出迁移矩阵法迭代求解不对称船体结构固有及固有振型的公式系统，计算了左右不对称程度不同的梁结构及不对称船 梁的固有频率及振型。指出不对称梁 有振动为弯扭耦合振动，其固有频率与振动型的对应关系与对称梁不同。     

考虑晃荡耦合船舶运动的晃荡压力算法（英文）

The effect of coupling between sloshing and ship motions in the evaluation of slosh-induced interior pressures is studied. The coupling between sloshing loads and ship motions is modelled through a hybrid algorithm which combines a potential flow solution based on transient Green function for the external ship hydrodynamics with a viscous flow solution based on a multiphase interface capturing volume of fluid(VOF) technique for the interior sloshing motion. The coupled algorithm accounts for full nonlinear slosh forces while the external forces on the hull are determined through a blended scheme of linear radiationdiffraction with nonlinear Froude-Krylov and restoring forces. Consideration of this level of nonlinearities in ship motions is found to have non-negligible effects on the slosh-coupled responses and slosh-induced loads. A scheme is devised to evaluate the statistical measure of the pressures through long-duration simulation studies in extreme irregular waves. It is found that coupling significantly influences the tank interior pressures, and the differences in the pressures between coupled and uncoupled cases can be as much as 100% or more. To determine the RAO over the frequency range needed for the simulation studies in irregular waves, two alternative schemes are proposed, both of which require far less computational time compared to the conventional method of finding RAO at each frequency, and the merits of these are discussed.     

水下爆炸环境中舰船浮筏装置冲击响应研究

针对舰船所面临的水下爆炸冲击环境,研究了船用柴油发电机组的隔振浮筏系统对于水下爆炸冲击的响应特性.通过建立带有设备以及隔振系统的舰船结构连同周围水介质的有限元分析模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件模拟了水下爆炸冲击波在水中的传播及其对船体的流固耦合作用,研究了柴油发电机组、浮筏筏体以及设备基座在爆炸冲击下的动态响应.文中着重分析了不同爆炸冲击因子对船体与浮筏结构的冲击响应的影响,探讨了提高舰船设备抗冲击性能的途径.     

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。     

船舶码头系泊的耦合动力响应分析

以码头系泊船舶为研究对象,利用水动力软件 AQWA,分析不同浪向角对其运动响应幅值算子和一阶波激力的影响,并在时域耦合分析的过程中,对系泊系统进行优化,从船舶运动响应和系泊缆张力2个方面,对沿型深方向优化和尾横缆优化的结果进行分析。计算结果表明,不同的优化方案对船舶的运动响应和系泊缆张力的影响不同。     

船舶内共振动力学行为的研究

本文考虑船舶横摇与纵摇的非线性耦合运动，采用摄动分析及数值计算方法，研究了船舶存在内共振时的非线性动力学行为。研究表明，船舶非线性运动的重要特征是响应不对称、调幅调相及饱和等现象，为揭示船舶在高海情下的倾覆机理奠定了基础。     

基于弯扭耦合的破损船剩余强度评估方法研究

破损舰船的剩余承载能力是检验结构设计合理性的一个重要指标。现有的破损舰船剩余承载能力评估主要考察垂向弯矩,缺乏考虑船体在斜浪状态下结构组合变形的综合影响。文章对破损舰船剩余承载能力评估方法进行了研究。在考虑船体组合变形的影响下,建立了弯扭耦合方程。通过非线性有限元计算,确定结构耦合系数,并在此基础上提出了破损舰船的剩余承载能力的可靠性评估方法。