海洋浮体二阶非线性水弹性力学分析--系泊浮体主坐标响应的频率特征

采用前文建立的海洋浮体二阶非线性水弹性理论，本文分析了一个弹性系泊浮体在波良中的主坐标响应的频率特性。给出了作用于弹性浮体的锚链系统恢复力刚度系数，在考虑一阶速度势的耦合引起的二阶力以及在高海况条件下浮体作大幅运动时其刚体运动引起的二阶力及瞬时湿表面变化引起的二阶力等成分的前提下，建立了系泊浮体的频率三维线性和非线性水弹性运动方程，同时给出了广义流体力系统的表达形式。计算了系泊浮体水弹性运动的一阶和二阶主坐标，重点讨论了主坐标的频率特征。计算表明系泊浮体不但存在高频弹性谐振，而且存在低频刚体谐振及耦合谐振现象。     

海洋浮体二阶非线性水弹性力学分析——基本理论

将考虑到二阶的流场压力在浮体瞬时湿表面上积分，得到用于非经恶性水弹性理论分析的广义一阶流体作用力和广义二阶流体作用力，广义一阶流体作用力中的波浪激励力，辐射力和恢复力和线性水弹性理论中的广义流体力具有相同的形式，仅比线性水弹性理论多了一项，反映了由刚体的转动引起的对一阶流体恢复力的影响，广义二阶流体力由五部分组成，即：与人射势和反射势有关的广义二阶波浪激励力，与辐射势有关的广义二阶辐射力，由辐射势与入射势及反射势的耦合引起的广义二阶力，由于湿表面的移动引起的一阶流场静态压力对广义二阶流体力的贡献，以及由于瞬时湿表面积的变化引起的广义二阶力，同时推导了不规则波中的广义一阶及二阶流体动力系数的表达形式。建立了在不规则波中航行浮体的线性和非线性水弹性运动方程，给出了求解方法，后续文章中将给出海洋浮体二阶非线性水弹性力学分析的部分数值计算结果。     

海洋浮体非线性水弹性力学分析--结构非线性的初步考虑

前文^[1-3]分别介绍了二阶非线性水弹性分析中流体非线性的理论与部分典型算例结果。本文则在流体线性假定的前提下，介绍结构非线性的考虑方法。以大变形浮动平板在多向规则波中的运动与变形响应为例，介绍了板垂向位移与流体相互耦合的频域分析方法。讨论了板内薄膜力对结构变形与受力的影响。数值算例表明，薄膜力对变形、弯矩和应力都有一定程度的非线性贡献，在某些情况下是不可忽略的。     

结构刚度变化对箱式超大型浮体结构水弹性响应的影响

结构刚度改变会导致结构固有频率变化和结构广义刚度的变化。必然会对结构在波浪中的水弹性响应产生影响，本文在某箱式超大型浮体结构单位幅值正弦规则波和不规则波水弹性响应计算的基础上，假定结构质量分布不变，研究了结构刚度变化对箱式超大型浮体结构水弹性响应的影响。得到了一些有价值的结论。     

超大型浮体模块水弹性响应和结构强度分析

水弹性方法针对超大型浮体的刚度特点,充分考虑了结构变形与流体运动的相互作用,是进行结构安全性分析的有效手段。文章采用水弹性分析方法研究了超大型浮体单模块总体波浪载荷以及结构应力响应。首先基于三维有限元方法分析了模块在真空中的总振动模态,然后结合模态叠加法和边界元法计算了模块在流场里面的谐振和模态响应。在此基础上,研究了各模态下结构的应力响应以及总应力响应,并分析了危险载荷工况,评估了超大型浮体单模块的结构强度,研究结果对超大型浮体单模块结构优化设计和安全性评估具有一定的指导意义。     

超大型浮体结构考虑非线性项的波浪力响应计算

为求解超大型浮体结构波浪响应问题,将其简化成弹性梁板模型。以有限元软件为基础来建立超大型浮体结构的弹性梁板模型,在势流理论的基础上,将速度势分解为入射势、绕射势和辐射势三部分,并利用格林函数法推导出一阶、二阶波浪速度势的表达式。以此为理论基础,编制了相应的计算程序来计算浮体结构所受到的二阶波浪力,最后建立了梁板模型的水弹性响应方程,对非线性波浪力作用下的浮体结构的水弹性响应进行求解分析,并分析了波向对响应振幅的影响。     

箱式超大型浮体水弹性分析的弹性地基梁法

如何快速而精确地估计箱式超大型浮体在波浪中的水弹性响应是设计中需要解决的一个重要问题。在所提出的各种简化分析方法中，弹性地基梁模型是最简单的。本文选择了四种弹性地基梁模型进行比较研究。它们分别称为S_Y_BOEF,T_BOEF,S_BOEF和A_BOEF模型。通过研究发现，由Suzuki和Yoshida提出的S_Y_BOEF模型显得太保守而不适合于实际应用，而其它三种模型是能够合理地估计箱式超大型浮体的水弹性响应的。相比而言，由S_BOEF模型延伸出的A_BOEF模型从概念上的一致性和精度方面都是最好的。弹性地基梁模型的最大优点是简单，可以很方便地在工程设计中应用。     

粘性流体中运动物体的水弹性力学响应方程

本文提出了在非惯性坐标系性坐标系中任意形状可变形弹性体与粘性流体相互作用的理论方法,可用于分析预报在粘性流体中做任意形式运动的弹性结构是性力学响应。     

船舶对称响应的非线性水弹性微分分析法

本文给出了一个预报波浪诱导的船舶垂向运动和结构总体动响应的非线性时域水弹性力学微分分析法，这一理论是控制论的分析方法应用于船体与流体非线性相互作用研究领域的尝试，其流固耦合系统的非线性时域水动作用过程（含记忆效应）由一阶非齐次偏微分方程组来描述，理论预报与Ｓ１７５弹性材料船模型实验比较，结果令人满意。     

基于水弹性力学的SWATH船结构振动与噪声分析

文章以三维水弹性力学理论为基础,提出了综合考虑波浪与设备机械激励下的船体结构振动分析方法,并对小水线面双体船的船体振动响应特性进行了分析,预报了该船体的固有频率特性,及在试验工况与航行时受发电机激励下的局部结构振动响应,并与实船测量结果进行了对比。结果表明,该方法对于船体总振动、及船体受机械激励作用下的强迫振动分析预报是有效的,可应用于工程设计。同时,利用水弹性方法对SWATH船在波浪中的辐射噪声与近场噪声进行了预报,数值预报结果与试验进行了对比,表明该方法在噪声分析中也是可行的。     

二阶波浪漂移力的回归分析

二阶波浪载荷的预报对动力定位能力评估具有重要意义。对二阶波浪载荷的预报,通常可采用模型试验和数值模拟的方法。模型试验费用昂贵,数值模拟时面元划分的合理性对计算结果的影响很大,且模型试验和数值模拟周期都相对较长。采用压力直接积分法进行系列船型的二阶波浪漂移力计算,在此基础上,采用模长界限控制的正交化方法的多元多项式回归分析,给出二阶波浪漂移力的回归公式,并进行了验证分析。验证分析表明回归公式置信区间为0.95。     

基于不同试验方法和非线性水弹性时域理论的鞭振弹振响应研究

船体主尺度增大会导致严重的鞭振和弹振现象,这会增大船体结构的极限载荷和疲劳损伤.为了深入探究船体的振动响应,文中在拖曳水池对某万箱集装箱船分别进行了分段模型的自航和拖航试验.分析了不同海况下自航和拖航这两种试验方式对鞭振和弹振响应的影响.为计及不同振动频率成分对载荷响应的影响,提出一种考虑波浪记忆效应的非线性水弹性方法.文中提出了一种求解延时函数的方法,能够解决高频区域的阻尼系数的计算限制.最后,船舯弯矩试验结果分别和线性与非线性理论结果进行了比较,发现文中提出的非线性方法能够更好地预报弹性船体的振动响应.     

船舶推进轴系纵横耦合振动响应分析

文章针对船舶推进轴系多质量、多弹性支撑的工程实际结构,运用有限单元法,基于带弹性支撑、集中质量的纵横耦合振动梁单元的非线性刚度矩阵及质量矩阵,建立了结构有限元动力学分析模型,计算了其动态响应位移及幅频特性曲线,并对响应结果进行了分析;由于纵横耦合振动存在着较强的耦合作用,其动态响应位移比无耦合作用下的位移大,在频域上有更多的激励频率分量;因此,在设计时系统的固有频率不仅要避开激励频率,同时要避开纵、横激励频率的线性组合;文中还研究了在不同激励力幅值和不同激励频率下船舶轴系耦合振动的非线性响应的影响规律。计算分析结果对船舶推进轴系的设计具有一定的指导借鉴意义。     

港湾内非线性波浪对船剖面作用的时域计算模型(英文)

文中用边界元数值求解复速度势模拟了波浪对船剖面的时域作用力,采用满足运动学和动力学条件的半拉朗格朗日法跟踪流体的自由表面.推导了适用本数值模型的辐射边界条件,此边界条件和海绵层边界条件组成的出口边界条件,可以使波浪很好地被吸收或传播出去.进行了相关物理模型实验,数值计算结果和实验结果的对比表明此模型能精确模拟波浪对船的作用力.     

浮式起重机臂架裂纹及变幅振动问题的处理

1裂纹的发现及早期处理 我港的一台双5 t-30 m转柱式箱形结构四连杆浮式起重机系门座起重机改造而成,长期用于件杂货装卸作业,每逢夏秋两季还要装上抓斗用于码头清淤,担负的生产作业任务繁重。经过近30年的使用,其臂架与变幅拉杆的铰接处上翼缘板出现了裂纹,后来扩展到腹板的两侧。     

运用二阶摄动方法预测焊接点疲劳微弯裂纹的路径发展

利用二阶摄动方法分析研究了轻微弯曲疲劳裂纹尖端应力强度因子的变化幅度,进一步得到了在循环载荷下直线裂纹微弯延伸尖端应力强度因子变化幅值的近似表达式.以匹配渐进扩张的形式考虑了远区域边界条件的效果,研究了裂尖附近的渐进应力场.利用Irwin公式计算出了由于裂纹发展而引起的应变能释放率变化幅值.预测了在具有非均匀断裂韧度的物质中裂纹的延伸.考虑了循环载荷、残余应力,以及由于焊接而引起的物质衰变等因素,利用了二阶摄动方法预测了沿着焊接点传播的弹脆性裂纹路径.