二维半理论和切片法的数值比较研究

二维半理论是近年来应用于高速船舶运动和波浪载荷预报的一种势流理论.该理论采用了三维的自由面条件,控制方程和物面条件是二维的.新切片法则是目前在波浪载荷预报程序中广泛采用的一种二维势流方法.为了探讨二维半理论在船舶耐波性领域的应用,本文以NPL单体船船模Mode 15b为例,进行了二维半理论和切片理论在不同航速下的水动力,运动响应和垂向波浪载荷的数值结果比较,来说明两种理论方法的异同.     

大尺度结构船舶波浪线性载荷数值计算

在大尺度船舶结构设计过程中,为满足强度要求,需把线性波浪载荷考虑在内。在切片理论的基础上,计算波浪载荷数值,误差大,准确性低。针对上述问题,提出基于三维势流理论波浪载荷数值计算方法。根据三维势流理论定义给出该计算方法的假定条件,在此基础上,设计速度势方程,并利用格林函数法求解,计算在长期预报情况下的船舶线性波浪弯矩,完成波浪线性载荷数值计算。结果表明:基于三维势流理论的波浪载荷数值计算方法在准确性方面要优于基于切片理论的波浪载荷数值计算方法,误差减小0.4×106 Nm,基本完成了载荷精确计算的目的。     

基于三维势流理论的耐波性数值预报

准确预报船体运动响应对于砰击等波浪载荷的计算以及合理结构设计具有重要意义。船舶在大幅波浪中的运动呈明显的非线性,而现阶段耐波性预报多采用线性切片方法。三维水动力分析软件 WASIM基于时域势流理论,采用 Rankine面元法预报船舶在波浪中的运动响应,并考虑了多种非线性因素。本文以标模 DTMB5512为对象,采用 WASIM预报其在不同航速下的耐波性,并与基于线性切片理论的计算结果和模型试验结果进行对比。结果表明：利用 WASIM计算得到的船体运动响应比其他方法更接近试验值,合理体现了船舶在风浪中的实际耐波性能。因此,利用 WASIM能够较好地评估船舶在波浪中的非线性耐波特性。     

基于三维势流理论的耐波性数值预报

准确预报船体运动响应对于砰击等波浪载荷的计算以及合理结构设计具有重要意义。船舶在大幅波浪中的运动呈明显的非线性,而现阶段耐波性预报多采用线性切片方法。三维水动力分析软件WASIM基于时域势流理论,采用Rankine面元法预报船舶在波浪中的运动响应,并考虑了多种非线性因素。本文以标模DTMB5512为对象,采用WASIM预报其在不同航速下的耐波性,并与基于线性切片理论的计算结果和模型试验结果进行对比。结果表明:利用WASIM计算得到的船体运动响应比其他方法更接近试验值,合理体现了船舶在风浪中的实际耐波性能。因此,利用WASIM能够较好地评估船舶在波浪中的非线性耐波特性。     

船舶波浪载荷预报方法和模型试验研究综述

系统阐述船舶波浪载荷预报的二维、二维半、三维方法以及水弹性力学分析方法,详细分析了完全弹性模型以及分段弹性模型的试验技术,并给出了船舶波浪载荷预报方法和模型试验研究现状和发展趋势。作为一个自然的发展趋势,船舶水动力学的发展方向是从频域转向时域、从切片理论转向完全三维理论、从线性转向非线性以及从势流转向粘流。船舶波浪载荷模型试验目前广泛采用只模拟一阶垂向振动频率的均质梁来开展试验。     

耐波性预报的数值方法

基于三维势流理论的水动力商业软件AQWA用于多种浮式结构物在波浪上运动的分析。而在国内鲜见以AQWA为平台计算船舶的运动响应,因此本文以方形系数为0.7的系列60船为例,研究AQWA是否可以用于预报船舶耐波性能,并将AQWA的计算结果与基于STF法的Seakeeper的计算结果和水池试验结果进行对比。通过对比发现,利用AQWA计算得到的船体运动响应合理地反映了系列60船的实际耐波性能,可用于船舶波浪载荷预报。     

多功能支持船波浪载荷研究

波浪载荷研究是船舶性能预报和结构安全评估的关键内容。文中利用势流理论直接数值求解多功能支持船遭受的波浪载荷(包括一阶波频力和二阶漂移力),利用统计方法得到波浪载荷的长期预报和短期预报极值,包括波浪总纵弯矩和垂向波浪剪力以用于后续的船舶整体结构安全评估,以及纵向漂移力、横向漂移力和首摇漂移力矩用于船舶的动力定位能力分析中。研究结果表明:求解波浪载荷的势流理论方法精确,能为后续的船舶性能预报和结构安全评估提供可靠的载荷输入。     

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。     

有限水深中破损船舶的运动与波浪载荷研究

由于有限水深中船舶搁浅和触礁等严重破损事故频发,为了减少事故的发生,对有限水深中船舶破损后的运动及波浪载荷的研究显得十分必要。文章基于三维势流理论,引入有限水深自由面Green函数,在频域内使用奇点分布法对一艘首部破损进水的散货船在有限水深中的运动与波浪载荷展开了计算,并根据劳氏船级社规范做了短期预报。短期预报结果表明,该散货船破损进水后,船体所受垂向和水平波浪弯矩均比破损前有明显增加,且在较浅水深中变化更为显著。     

基于海况参数分析的船体梁载荷预报方法研究

利用三维势流理论在频域内计算载荷频率响应函数,在此基础上对船舶波浪载荷长短期预报方法进行了研究,分析了现有的长期预报方法,并提出只针对特定的一部分短期海况进行分析,以确定船舶在营运寿命期内航行于实际海况中的波浪载荷特征最大值。同时提出了一种基于多项式拟合的波浪载荷预报方法,建立了短期响应的最可能极值关于海浪有义波高与海浪平均向上跨零周期的函数,可以方便地确定响应的特征值。结果表明,提出的方法能够有效进行波浪载荷的预报,可供有关专业人员参考。     

一种船舶运动和载荷响应的非线性预报方法

首先采用半解析的方法得到时域水动力系数,并给出一些数值计算时实用性的建议,然后计及瞬时湿表面变化引起的非线性恢复力和入射波力并在时间域内计算运动方程,最后对实船进行了运动和载荷预报,数值结果与模型试验数据对比表明,载荷非线性要比运动非线性明显;采用的计及非线性影响的预报方法是切实可行的。     

五体船波浪载荷计算研究

基于势流理论和格林函数,探索五体船在不规则波中运动的波浪载荷响应函数,并且运用波谱分析法,采用北大西洋波浪散布图,对船体的几个典型剖面作波浪载荷的长期预报。分析不同航速、不同浪向角下典型剖面上的弯矩和剪力,研究五体船在波浪中运动时剖面载荷的分布规律。     

Difference in ship motion and wave load in long and short crested irregular waves北大核心CSCD

[Objective]To investigate ship motion and load responses in realistic 3D waves and overcome the limitations of the traditional 2D wave assumption, this paper develops a method for predicting ship motion and load responses in short-crested waves. [Method]The long- and short-term responses of ship motion and load in long- and short-crested waves are numerically predicted using the spectral analysis and statistical probability methods, respectively. The influence of directional function on ship response is also numerically analyzed. Moreover, tank model tests and a large-scale model sea trial are comparatively conducted to validate the difference between ship response and statistics in long- and short-crested irregular waves. [Results]The results show that when navigating against the waves in the same sea condition, the long-crested wave assumption overestimates the statistical mean value of ship load response, but underestimates extreme load in real seas. For long-crested waves, the ship motion and acceleration power spectrum is concentrated around a certain frequency band. [Conclusion]Ship motion and load responses in realistic 3D waves are significantly different from those in 2D long-crested waves. The directional function of short-crested waves also has a significant effect on ship motion and load responses. © 2023 The Author(s).     

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。     

基于船舶运动信息的航行海域海浪特性预报

以船舶自身为波浪测量仪,致力于采集方便而又尽可能少的船舶运动信号以提取航行海域实时海浪特性.由于估计中不依赖原始理论计算的传递函数,不需要附带波浪采集装置,而仅利用航行中船舶运动的观测序列完成海浪谱反演,故该海浪测量方法可适应船舶自身运动参数的变化.另一方面,由于反演估计的船舶运动频率响应特性,与事先计算或以其它实验方法得到的船舶运动频率响应特性得以比较,可以深化、修正对许多不易实时测量的海浪激励状态与船舶运动响应关系的认识,并积累船舶工程研究设计所必需的相关海域海浪谱信息.     

小水线面双体船波浪载荷水弹性分析

三维水弹性力学将结构分析的有限元方法与围绕柔性体的势流理论结合起来,为在波浪中航行或驻立的复杂结构的运动和内力分析提供了一个流固耦合的统一分析方法,也为小水线面双体船的分析提供了有效的分析工具.文中将水弹性力学方法和谱分析方法相结合,对1 100吨SWATH船进行波浪载荷预报,并将计算结果与水池模型试验数据及国外相关资料进行了对比,说明了水弹性分析方法对于SWATH设计的合理性.     

基于设计波的载重3600t干货船结构强度直接计算分析

为准确评估超规范的载重3600t大通舱干货船的弯扭强度及变形水平,采取全船水动力分析及全船有限元直接计算的方法,对各工况下的主要载荷参数进行长期预报,推导出对应等效设计波各参数。根据等效设计波求出各工况全船所受的波浪诱导动载荷,施加到全船有限元模型上,进而对船体弯扭强度及变形水平进行评估。比较了单舱船及货舱中部设一道横舱壁的两舱船,得出单舱船屈曲强度不足的结论,并提出改善屈曲强度的方案。     

应用二轴流速仪定向原理估计船舶遭遇的浪向

浪向信息对船舶安全航行至关重要.然而实际海浪是复杂的三维不规则波,目前尚无简易的浪向预报装置,驾驶者只能靠目测初步判断浪向,同时根据船舶在波浪中的运动状态逐步调整航向.本文基于"二轴流速仪定向原理",将航行中的船舶纵摇、横摇运动信息转换为二轴流速仪的输出,实现了以最少的信息采集和数据处理方法以获得基本的浪向信息,为航行中的船舶提供了一较简易、可靠的浪向估计方法.     

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...