船首外飘砰击设计载荷直接计算

文章结合三维线性势流理论和砰击速度的长期分析方法,求解出船体外飘位置的设计砰击速度;以首垂线和静水面交点处的设计砰击速度为目标值,给出了用于确定船首外飘砰击设计载荷的等效设计波,进而得到了设计状态下船体外飘剖面与波面相对运动关系;将船体剖面与波面间的相对运动关系等效转化为船体剖面与静水面的相对运动,利用显式有限元方法实现了外飘剖面砰击设计载荷的预报。针对直接计算方法中涉及的设计砰击速度、砰击压力和砰击压力系数,对比分析了文中结果和相应的规范值或试验值,论证了文中船舶外飘砰击压力设计载荷直接计算方法的合理性。     

基于船波相对运动的船艏砰击仿真方法

在分析船波相对运动表达式的基础上计算船艏典型剖面的船波相对运动,探讨船艏入水过程中的砰击问题,对比船体某剖面3种入水仿真模型计算所得的砰击载荷,讨论三维外形和航行速度对船艏剖面砰击外载荷的影响。在该分析中,船体在规则波浪中的运动用基于三维势流理论的水动力软件AQWA计算获得,船波相对运动通过理论推导计算获得,用对船艏结构施加强迫运动的方式模拟船波相对运动的真实过程。采用An sys/Ls-Dyna软件的流固耦合分析进行入水仿真,流体划分为ALE体积网格,船艏视为刚体,划分为Lagrange有限元网格。对比结果表明：在三维模型中,相邻剖面引起剖面最大压力点处的液面变化对该点的砰击压力有增大效果,航速有增大剖面砰击压力的作用,减小船艏底部纵向斜升角有利于降低砰击压力。     

基于船波相对运动的船艏砰击仿真方法

在分析船波相对运动表达式的基础上计算船艏典型剖面的船波相对运动,探讨船艏入水过程中的砰击问题,对比船体某剖面3种入水仿真模型计算所得的砰击载荷,讨论三维外形和航行速度对船艏剖面砰击外载荷的影响。在该分析中,船体在规则波浪中的运动用基于三维势流理论的水动力软件AQWA计算获得,船波相对运动通过理论推导计算获得,用对船艏结构施加强迫运动的方式模拟船波相对运动的真实过程。采用An—sys／Ls—Dyna软件的流固耦合分析进行入水仿真,流体划分为ALE体积网格,船艏视为刚体,划分为Lagrange有限元网格。对比结果表明：在三维模型中,相邻剖面引起剖面最大压力点处的液面变化对该点的砰击压力有增大效果,航速有增大剖面砰击压力的作用,减小船艏底部纵向斜升角有利于降低砰击压力。     

砰击载荷作用下船底肋骨等效设计压力的确定

通过一个船体二维分段的自由落体试验,测量模型入水速度、砰击压力和结构响应,获得模型底部板架在砰击载荷作用下的响应特征;对结构模型在均布静压力作用下的应力响应进行有限元分析;比较试验和计算得到的应力响应,获得作用在模型肋骨上的砰击压力的折减系数,从而使该结构在设计时仍可按常规的静力计算方法进行强度校核。该折减系数与船体入水速度成线性关系,在已知船体设计入水速度和试验压力分布时,可以获得船体设计均布静压力。     

船体尾压浪板砰击载荷分析

本文针对尾压浪板入水砰击压力开展研究,分别用Fluent和Dytran软件计算其入水砰击载荷。本文首先在不同的有限元模型中计算尾压浪板以10 m/s入水时的砰击压力,选择具有合理网格尺寸的有限元模型,进而避免了网格尺寸对计算结果的影响;接着分别计算了尾压浪板以不同速度入水时所受到的砰击压力,二者计算得到的砰击压力系数与我国规范给出的结果较为吻合,对于船舶尾压浪板砰击载荷的选取具有一定的参考意义。     

砰击载荷作用下船体局部结构优化设计

本文以某船船首结构为研究对象,基于Fluent与Sesam分别计算了船体砰击压力系数和砰击瞬时船体与波浪之间的相对速度,采用"两步走"的方法对船首底部及外飘处的砰击载荷进行研究。考虑砰击载荷在船首区域的时空分布,将该载荷分区施加在船首结构表面,计算了船首结构在砰击载荷作用下的结构响应。研究发现,在船体纵向方向,越靠近船首的位置,相对入水速度越大;在垂向方向,入水速度呈现先增大后减小的趋势。根据计算结果对船首局部结构进行了优化设计。     

二维楔形体结构入水砰击数值仿真分析

随着船舶向高速化方向发展,首部砰击问题变得异常突出。本文通过楔形体入水砰击试验模拟船舶首部入水砰击现象并通过有限元仿真软件Ansys/Ls-dyna对楔形体入水砰击过程进行仿真分析,通过改变斜升角角度和楔形体下落高度研究砰击载荷的变化规律,并对楔形体入水时的压力变化及入水时液面抬升现象展开分析。研究结果表明,当楔形体表面与水面接触时,砰压立即增加,随后砰压会慢慢减小,最终趋于稳定。当楔形体的斜升角在变化时,楔形体的砰击压力也会随之变化,即当斜升角的角度越大,楔形体的砰击压力值就越小;当入水速度越快时,即入水高度越高时,砰击载荷的峰值也会越来越大,但处于同一速度（即同一高度）,在楔形体以不同角度入水时,当它们的角度越来越大,最后的砰击载荷峰值就会越来越小。研究成果可为船体首部砰击作用下砰击载荷的变化规律提供参考。     

局部砰击载荷预报的规范算法研究与分析

通过比较不同船级社砰击规范的适用范围及要求,对砰击压力展开研究。通过对实例船型的计算和分析,比较不同规范计算得到的艏底和外飘砰击压力。分解砰击压力计算的经验公式,提出对砰击压力有显著影响的参数,比较这些参数对砰击压力影响的程度,以指导砰击载荷作用下船体局部结构的设计实践。     

三体船砰击压力数值计算方法研究

基于冯卡门砰击理论的基本思想,对任意形状的二维剖面入水砰击问题进行了数值研究,并且将该数值计算方法应用在了三体船船首底部二维剖面的砰击压力计算中。首先采用源汇分布法对二维剖面在不同入水深度处的附加质量进行求解,进而计算得到附加质量随入水深度的变化。在剖面入水速度已知的情况下,即可求得剖面的砰击压力值。然后以二维楔形体入水砰击为例,采用本文的数值计算方法对不同底部升角的砰击压力系数进行了数值计算。并且将数值计算结果与模型试验数据进行了比较,结果显示在底部升角大于10°的情况下,两者符合良好,从而验证了该数值方法的可行性。最终,利用该方法对三体船船首底部二维剖面的砰击压力进行了研究。     

砰击载荷作用下双体船强度计算方法研究

舰船的砰击载荷与结构响应的研究一直备受关注.对于双体船来说,砰击按部位可分为底部砰击、外飘砰击和甲板上浪,和连接相邻船体的甲板下侧,即湿甲板砰击.目前对于双体船的砰击计算还不完善,因此对于该船型的砰击研究十分必要.本文分别利用规范计算和直接计算的方式,对砰击载荷作用下双体船强度影响进行研究.规范计算主要基于中国船级社规范计算砰击载荷,直接计算则是通过线性势流理论预报船波相对速度,借助相关规范确定砰击压力系数,实现砰击载荷的直接计算.通过有限元软件加载计算,分析比较2种载荷计算方法对双体船强度的影响,以指导砰击载荷作用下双体船局部结构的设计实践.     

船舶砰击强度计算方法研究

船舶在航行时发生砰击是一种高度非线性的物理现象。本文基于势流理论Rankine源法,研究用时域非线性方法计算船舶运动响应,获得船波垂向相对运动速度;并选取合适的砰击压力系数,计算船舶砰击载荷。最后用该方法评估了一艘集装箱船艏部砰击强度,验证了该方法的合理性。     

Review of ship slamming loads and responses

The paper presents an overview of studies of slamming on ship structures. This work focuses on the hull slamming, which is one of the most important types of slamming problems to be considered in the ship design process and the assessment of the ship safety. There are three main research aspects related to the hull slamming phenomenon, a) where and how often a slamming event occurs, b) slamming load prediction and c) structural response due to slamming loads. The approaches used in each aspect are reviewed and commented, together with the presentation of some typical results. The methodology, which combines the seakeeping analysis and slamming load prediction, is discussed for the global analysis of the hull slamming of a ship in waves. Some physical phenomena during the slamming event are discussed also. Recommendations for the future research and developments are made.     

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。     

Some analytical results for the initial phase of bottom slamming

The deformation of boat hull bottom panels during the initial phase of slamming is studied analytically using a linear elastic Euler–Bernoulli beam as a representation of the cross section of a bottom panel. The slamming pressure is modeled as a high-intensity peak followed by a lower constant pressure, traveling at constant speed along the beam. The problem is solved using a Fourier sine integral transformation in space and a Laplace–Carson integral transformation in time. Deflection and bending moment as functions of time and position for different speeds, bending stiffnesses, etc. are given. In particular the effect of slamming load traveling speed on structural response of the simplified bottom structure is investigated. It is found that rather large deflections and bending moments are encountered at certain speeds of the pressure, which suggests that bottom panels may benefit from tailoring their stiffness and mass properties such that loads are reduced. This would vary with boat particulars and operation (deadrise angle, mass, speed, sea state, etc). The importance of the high-intensity pressure peak often encountered during slamming is also studied. It is seen that for relatively slow moving slamming loads the pressure peak has little influence. However, for faster moving loads its influence can be significant.     

超大型集装箱船艏艉砰击强度直接计算方法

超大型集装箱船的船艏显著外飘、船艉宽平外悬,使其在恶劣海况下航行时容易发生严重的砰击。为确保船体艏艉部结构在砰击中不发生损坏,需要研究作用到艏艉外板上的砰击压力,并以此为设计载荷来校核外板和相连结构的强度。目前对集装箱船砰击局部强度的校核要求仍以经验公式为主,但是为提高对超大尺度船舶强度校核的可靠性,近年来推出了砰击的直接分析方法。本文初步分析了砰击直接分析方法的基本原理,并运用该方法对20,000 TEU集装箱船的艏、艉部砰击压力以及最小板厚要求进行了研讨,其结果可为超大型集装箱船的结构设计提供重要的参考。     

基于混合两步法的船舶砰击载荷预报研究

文章针对船舶结构设计时重点关注的艏部砰击载荷问题,综合考虑计算效率及精度,提出了基于势流理论和计算流体力学方法的混合两步法。第一步,采用三维势流理论预报波浪中有航速船舶的运动响应,分析船波相对运动;第二步,根据预报砰击载荷所在位置的船体横剖面,建立等截面的三维立体模型,采用基于有限体积法与动网格技术的计算流体力学方法,基于第一步得到的相对运动结果模拟落体入水过程,计算砰击压力。使用该两步法预报了某超大型油轮在压载工况顶浪航行时候的艏部砰击压力,并讨论了相对运动和砰击压力的时域历程规律。文中数值预报结果得到了水池模型实验的验证,表明该方法的可行性和预报结果的合理性。     

Efficient calculation of slamming pressures on ships in irregular seas

An efficient method for calculation of the slamming pressures on ship hulls in irregular waves is presented and validated for a 290-m cruise ship. Nonlinear strip theory was used to calculate the ship–wave relative motions. The relative vertical and roll velocities for a slamming event were input to the slamming calculation program, which used a two-dimensional boundary element method (BEM) based on the generalized 2D Wagner formulation presented by Zhao et al. To improve the calculation efficiency, the method was divided into two separate steps. In the first step, the velocity potentials were calculated for unit relative velocities between the section and the water. In the next step, these precalculated velocity potentials were used together with the real relative velocities experienced in a seaway to calculate the slamming pressure and total slamming force on the section. This saved considerable computer time for slamming calculations in irregular waves, without significant loss of accuracy. The calculated slamming pressures on the bow flare of the cruise ship agreed quite well with the measured values, at least for time windows in which the calculated and experimental ship motions agreed well. A simplified method for calculation of the instantaneous peak pressure on each ship section in irregular waves is also presented. The method was used to identify slamming events to be analyzed with the more refined 2D BEM method, but comparisons with measured values indicate that the method may also be used for a quick quantitative assessment of the maximum slamming pressures.     

计及水-空气-结构耦合的结构砰击载荷预报方法研究

船舶在恶劣海况下航行时,船体与波浪之间会发生剧烈的砰击现象,严重时会造成船体局部结构损坏或降低船舶总纵强度。随着工业技术的革新和海洋资源开发的需要,当代船舶不断向高速化和大型化发展,船舶发生砰击现象的概率也越来越高。开展结构砰击特性研究,准确地预报结构物的砰击载荷,对船舶航行和人员安全有重要的意义。本文基于水动力学软件 Fine/Marine,建立水域-空气域-结构耦合的分析模型,对楔形结构的砰击特性进行数值仿真分析,并研究不同斜升角及不同入水速度对砰击载荷的影响。