近水面水翼影响的船舶兴波时域计算研究

近水面水翼的兴波由升力线的自由面兴波来表达,船体的兴波考虑升力线兴波的干扰影响,三维时域格林函数法用于船体的兴波分析计算.以Wigley船型为数值计算例,考虑近水面水翼的影响,分别对单体船和双体船进行了船舶兴波计算研究,提供了兴波波形和兴波阻力的计算结果.以系列60船型为数值计算例,把计算的结果与发表的有关结果进行对比,具有较好的吻合.本文还对船舶自由表面兴波波形进行了时域数值仿真.     

采用一种高阶面元法数值求解浅水船舶兴波问题

开发了一种基于B样条的高阶面元法用来求解浅水船舶兴波问题.船体表面和自由面上分别布置Rankine源,同时利用镜像原理来计及水底的影响.物体儿何用B样条曲面精确表示.在求得边界面卜的源强密度分布后,物面上的速度势用B样条来表示.数值计算中采用配置方法,并且用高斯-勒让德公式来计算方程中的积分.为了验证文中方法的有效性,用本方法计算了Wigley船在深水和浅水中的兴波水动力和波形,所得数值结果与试验结果和其它数值结果进行了比较,吻合程度令人满意,表明本方法被用来求解浅水船舶兴波问题是有效的.     

基于兴波数值模拟的RANS求解器加速方法研究

文章使用兴波数值方法对带自由面的RANS求解器进行初始化,将势流兴波数值计算的流场速度、压力和体积分数作为RANS求解器的初始值,研究其对RANS求解器并行计算速度的影响情况.通过对两条实用船型的计算验证表明:使用兴波数值结果初始化的RANS求解计算时间能缩短50%左右,且该方法对计算结果影响不大.     

浅窄航道非线性兴波阻力数值计算

应用Rankine面元法计算船舶在浅窄航道中作匀速直航运动时的非线性兴波阻力．基于势流理论，在船体表面、自由面以及岸壁分布Rankine源来表达流场速度势，利用迭代方法满足非线性自由面边界条件，采用映像法满足水底边界条件，采用网格错位法满足辐射条件．以Wigley数学船型为例进行计算，通过改变航速和航道宽度参数，得到相应的兴波阻力．通过分析不同航速下航道宽度变化对兴波阻力的影响，得到了一些有意义的结论．     

基于非线性规划法的实用船型首部优化设计方法

为了得到阻力性能优良的实用船型,以线性兴波阻力理论为基础,利用非线性规划法探讨最小总阻力船型的优化设计方法.以总阻力为目标函数(其中兴波阻力采用Michell积分进行计算),船体表面型值为设计变量,排水量不减为基本约束条件,再考虑实用船型的附加约束条件,对船体首部形状进行优化研究,得到改良船型.对优化前后的船型再利用Rankine 源法进行兴波阻力数值计算,进一步评估优化后的降阻效果.最后给出了实际船型(集装箱船)的优化计算实例,明显的降阻效果证实了本优化设计方法的可靠性.     

高速船兴波特性分析及台湾海峡高速渡轮的兴波控制

我国作为高速船的运营大国,兴波危害并不少见,然而对兴波的研究却不多。文章对高速船兴波特性及其危害性进行了分析,并对台湾海峡发展高速渡轮运输如何控制兴波危害提出了一些建议。     

高速排水型船舶兴波波形与兴波阻力的试验与数值研究

为了更好地了解高速排水型船舶的兴波特性并检验数值计算方法的可行性,对不同水深下的高速排水型船舶的兴波波形及兴波阻力进行实验及数值研究。实验中的波形测量采用五道纵切法,数值计算采用基于NURBS的广义边界元法。比较不同方法求得的兴波阻力系数,与实验结果的比较表明,数值方法及计算是可行性的。     

基于船舶兴波能量守恒的形状因子算法

为了拓展传统的根据船模阻力试验数据确定形状因子计算方法的适用测量速度范围,文章提出了基于船舶兴波能量守恒的形状因子计算方法。该算法以兴波阻力系数的理论近似表达式取代ITTC（1978）方法的兴波阻力系数近似表达式,采用梯度下降最优算法对船模阻力试验数据进行数值拟合计算求得形状因子。以4250 TEU集装箱船作为算例,将文中算法同传统的普鲁哈斯卡法和ITTC（1978）方法的计算结果进行了比较,验证了该算法的合理性和精确性。     

水线源强消弃法在船舶定常兴波计算中的应用

当采用等强度源汇分布法求解线性船舶水动力学问题时,船体的水线源强必须等于零,基于这一假定,杜双兴在基于边界元法的数值计算中,令水线附近面元上的源强为零,且水线积分项也自动消失,称这种方法为"水线源强消弃法".本文应用Kelyin移动兴波源格林函数,研究水线源强消弃法在定常航行船舶的兴波计算中的应用,首先以潜航椭球体为例,对Kelvin移动兴波源格林函数进行了计算和验证,然后分别采用常规面元法和水线源强消弃法,对Wigley船型的兴波阻力、波形及船体压力分布进行了计算及试验比较,另外为了考查水线源强消弃法的工程实用性,最后对一艘SWATH船型的兴波阻力进行了计算.结果表明:与考虑水线单元和水线积分的常规面元法相比,水线源强消弃法能够较好地消除水线积分时格林函数的奇异性所引起的误差,给出的预报结果与试验值吻合更好;另外水线源强消弃法的预报结果受网格划分形式、忽略水线单元尺寸大小的影响,文中的算例表明:忽略10%-15%吃水以上的水线单元能够给出较为合理的预报结果.     

PCTC线型的优化设计与模型试验验证

PCTC(车辆运输船)作为一种中高速船,其兴波阻力在阻力成分中的占比较高。采用非线性兴波数值计算手段以及半参数化方法对一条PCTC进行了线型优化设计。通过多轮计算,最终获得一个优化线型。在此基础上,开展了模型试验验证。试验结果表明,优化线型方案的总阻力系数下降约2%。     

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...     

一种基于APDL语言的船舶波浪压力自动加载方法

针对全船结构强度直接计算中,波浪加载较为麻烦的问题,提出了一种ANSYS环境下的波浪压力自动加载的方法。该方法将三维水动力程序计算的船体表面的波浪压力经过插值算法转换到有限元结构单元上,压力数据文件读入ANSYS实现了自动加载。最后,利用该自动加载方法对一艘穿浪双体船进行加载。结果表明,该方法将波浪载荷计算和结构强度分...     

浅水中船舶水动力特性数值计算

本文对浅水中船舶水动力特性进行数值计算研究.采用RANS方程结合RNG K-ε两方程湍流模型,对一方形系数0.6的系列60船模在浅水中的阻力、升沉、纵倾和兴波进行数值计算,其中自由面采用VOF方法处理;计算中,水深Froude数范围0.6～1.8,包含了临界和超临界水深Froude数.数值计算得到的阻力、升沉和纵倾与模型试验结果及采用三维扩展Boussinesq方程的计算结果进行了比较分析,吻合较好,部分计算结果得到改进.     

港口非线性波浪的实验研究

进行了港口非线性波浪对方箱形船体作用的三维实验研究,给出了在不同入射波条件下无因次点压力在船体表面上的分布,分析了压力随周期和波高的变化规律。结果表明:压力幅值在波浪周期较大时,出现一阶压力减小,高阶压力增大的强非线性现象,甚至还出现了二阶压力大于一阶压力的情况。在港口工程和大型浮体设计中对长周期波浪应注意考虑波浪的非线性特征。     

肘板趾端表面裂纹在随机波浪载荷作用下的疲劳扩展预报

肘板趾端是船舶与海洋结构的疲劳热点。文章用三维有限元分析了趾端表面裂纹应力强度因子修正系数的变化规律,并与BS7910推荐的典型节点表面裂纹应力强度因子公式计算结果作了对比,结果表明趾端表面裂纹应力强度因子沿深度方向的放大系数和T型节点相差很小,而表面端点应力强度因子修正系数则当裂纹长度在肘板厚度范围内时和T型节点相差很小,超出后则相差较大。以某客滚船上肘板趾端应力范围长期分布服从Weibull分布,产生系列均值为零的应力幅,应力强度因子分别采用有限元结果和BS7910中T型接头公式进行计算,采用单一曲线模型计算该趾端表面裂纹的裂纹扩展。计算等效应力强度因子幅时,考虑焊接残余应力的影响。计算结果表明以T型接头的公式计算趾端表面裂纹应力强度因子和有限元结果相差很小。建议将T型节点表面裂纹应力强度因子计算公式用于趾端表面裂纹应力强度因子的计算,并采用单一曲线模型对随机波浪载荷下作用下船舶典型节点疲劳裂纹的扩展寿命进行了预报。     

浅水超临界航速舰船水压场数值计算

文章基于浅水波动势流理论和薄船假定,建立了浅水超临界航速舰船水压场理论模型。采用有限差分方法,对不同宽度航道下浅水超临界航速舰船水压场进行了数值计算。分析了航道岸壁、水深佛鲁德数、色散效应对舰船水压场的影响。通过与傅里叶积分变换法以及实验结果进行比对,表明了所建立的舰船水压场理论模型与计算方法吻合得较好。     

On nonlinear ship waves and wave resistance calculations

A finite difference method based on the Euler equations is developed for computing ship waves and wave resistances. Time marching is carried out using a time-splitting fractional-step method. The second-order central difference is used to discretize the spatial differentials, while the convection terms are discretized by the QUICK scheme. A body- and free-surface-fitted grid system with a cell-centered stencil is used. A Poisson equation for the pressure increment at each time step is solved to enforce mass conservation. The method is validated by comparing the numerical results with the experimental data for a Wigley parabolic hull. The characteristics of ship waves, such as the wave profile along the hull, the wave pattern on the free surface, the pressure distribution on the hull surface, and the wave-making resistance are reasonably predicted. The calculated results are in good agreement with the experimental data. Received for publication on Oct. 13, 1998; accepted on Jan. 20, 1999     

船舶折角型节点的疲劳裂纹扩展计算

文章以船舶折角型节点为研究对象,运用有限元软件WALCS和PATRAN分别预报某船的水动力响应和结构热点应力响应.为避免计算表面裂纹应力强度因子时需要在PATRAN有限元模型中疲劳热点区域采用体单元建模,文中提出了一种计算波浪载荷下船海结构物三维表面裂纹应力强度因子而无需在PATRAN中建立体模型的方法,并通过与广泛认可的经验公式对比验证其精度.将此方法应用于该船船舯底边舱折角处表面裂纹应力强度因子计算,计算并总结出波浪载荷下该类节点处表面裂纹应力强度因子的无量纲计算经验公式.应用一种基于谱分析构建结构疲劳载荷谱的方法,结合单一曲线模型对该节点进行裂纹扩展计算.计算结果表明:该船船舯底边舱折角疲劳寿命不满足设计要求,建议对节点进行改进.     

基于有限元方法的船首底部结构砰击强度分析

船艏底部作为整船中的重要受力区域,船舶航行时,其与波浪会发生相对碰撞,即产生砰击现象,从而对船体的结构安全造成隐患。本文以某型半潜运输船为例,结合中国船级社(CCS)规范,根据Ochi-Mottor理论进行砰击压力极值计算,并采用有限元方法对该型船舶艏部区域的结构强度进行分析。     

船艏底部砰击压力概率预报方法研究

在Ochi概率统计方法的基础上探索一种适合于非常规船型船艏底部砰击压力的概率预报方法。该方法在时域中计算船舶在波浪中的运动响应,基于Msc.Dytran计算砰击压力系数,在此基础上采用蒙特卡罗法对砰击压力的概率特性进行预报。分析了砰击时的船波相对速度和波面倾角对压力系数的影响。研究结果表明,船舶在静水和波浪中的砰击压力特性有很大差异,在波峰与波谷处发生砰击时产生的砰击压力大于在波面其它位置产生的压力值,相对速度对砰击压力系数的影响在波面不同位置呈现出不同的特点。