基于面元法的船舶螺旋桨附连水质量与阻尼计算方法研究

在船舶轴系振动或桨轴流固耦合分析中,螺旋桨在流场中所引起的附连水质量与阻尼是很重要的参数。但实际计算中螺旋桨附连水质量常常用螺旋桨自身质量乘以一个经验系数得到,而附加阻尼往往被忽略。针对这些不足,文章利用螺旋桨水动力分析中常使用的面元法,构建了螺旋桨随轴系在水中振动时的附加质量与阻尼数值计算方法。目前求解附加质量的经典方法是基于运动物体引起流体动能变化来求解,但该方法不能求解附加阻尼。文中证明了所提出的方法与经典方法是完全等价的,同时利用该方法还可以求解附加阻尼。最后以球体、椭球体及螺旋桨为对象给出几个算例,并与解析解或其它文献计算结果比较,误差均在合理范围内,表明文中提出的方法的有效性。     

附加质量对水中平面板振动噪声特性的影响

在结构的生产加工和使用过程中,由于结构设计、施工工艺、使用安装及维修保养等过程中存在种种问题,导致结构的附加质量成为一种普遍存在且无法避免的现象,同时又对主体结构的声振特性存在着较大影响,因此研究附加质量对主体结构振动及噪声特性的影响具有重要的基础意义。以水中平板结构为例,对由不同分布情况的附加质量所引起的水中平面板声-振特性的变化进行数值分析。建立带有附加质量主结构的有限元模型,将其与声流体介质的瑞利积分相互耦合用于求解流固耦合问题,以获得耦合系统的响应。通过模型降阶法求解由附加质量所引起的结构模态参数变异。数值计算结果表明,不同分布情况的附加质量的影响有所不同,对于主结构声振特性的影响随频率的变化而变化。在主结构低频振动时,附加质量的影响主要反映在主结构固有频率和阻尼系数的改变上。     

水深对潮流能电站载体水动力系数的影响

利用三维线性势流理论和源汇分布法研究潮流能电站载体的辐射问题,对不同水深下载体的附加质量和附加阻尼进行数值计算。计算结果表明,3个水平面运动(横荡、纵荡和首摇)附加质量随水深增大变化较为平缓,而3个垂向运动(垂荡、横摇和纵摇)附加质量随水深变化显著。载体的6个运动附加阻尼都随水深增加而增加,且波浪周期在4~9 s时增幅较大。     

浮式平台水动力参数识别方法

以深水半潜平台为研究对象,计算不同周期下的纵荡、垂荡、横摇3个振荡模态深水半潜平台的附加质量和阻尼系数,并与势流方法结果进行对比。利用1阶方法,只考虑线性1阶线性阻尼在运动中的影响,此外,还采用神经网络建模训练获得了水动力参数模型,对平台附加质量、1阶阻尼系数、2阶阻尼系数进行计算。研究结果表明,在附加质量和阻尼系数预报方面,传统势流方法与试验识别结果较为接近,可以利用神经网络计算提高水动力问题求解效率,为解决传统计算难题带来了新思路。     

平板及立板式防波堤附加质量与阻尼系数研究

文章应用格林函数的方法对平板和立板两种基本型式的透空式防波堤的附加质量和阻尼系数进行了系统分析.研究发现:(1)附加质量在平板和立板无限接近自由表面时有负值出现.(2)板的厚度对计算结果的一致性影响较大,对于板式结构其计算厚度应尽可能薄.(3)板式防波堤结构的固定方式应采用水下布置.     

水下板式-浮筒型防波堤附加质量与阻尼系数研究

文章提出的水下平板—浮筒型防波堤作为一种新型的深海防波堤结构形式,具有重要的海洋工程应用前景。而附加质量和阻尼系数是决定该型结构水动力响应效果的重要影响因素。文中采用边界单元法依据波浪辐射、绕射理论对水下板式—浮筒型防波堤的水动力特性进行了研究,系统分析了这种结构形式防波堤的附加质量及阻尼系数和平板、浮筒间距及浮筒厚度的相互关系。     

基于边界元法的带空泡航行体的附加质量研究

采用边界元法计算了水下航行体在不同空化数下的定常轴对称空泡形态及流场。考虑航行体在此定常基本流中作刚体微幅振动,基于船舶有航速辐射水动力的计算方法,在频域中计算了带局部空泡航行体的轴向、横向和转动附加质量(惯性矩)。研究了带空泡附加质量与振动频率的关系。高频时,各附加质量分量都趋于定值;低频时,附加质量随频率迅速变化,其中轴向附加质量甚至变成负值。针对这种特殊的现象,从含有空泡面的流场对航行体非定常扰动的响应特征出发,给出了一种解释。     

三维结构水中刚弹耦合运动附加质量特性分析

三维结构在水中做非定常运动时伴随着附加质量力的影响,从而其运动特性会发生一定的变化,附加质量是表征水下航行体的水动力性能的一个重要参量。基于有限元软件,根据势流理论,采用格林函数方法分别计算刚体、弹性体及结构刚弹耦合的附加质量,同时考虑各影响因素对附加质量的影响程度,对其各方面特性进行研究分析,最终得到对结构水动力研究有重要影响的结论。     

含裙板之CALM浮筒辐射问题研究

水动力系数的计算是确定CALM浮筒运动响应的基础,采用特征函数展开及边界匹配的方法求解含裙板之CALM浮筒作纵荡,垂荡和纵摇运动引起的辐射载荷,得到相应的附加质量和辐射阻尼系数。在程序中令浮筒半径趋于零可处理圆形垂荡板辐射问题,令裙板半径等于浮筒半径可处理无裙板之浮筒或浮式直立圆柱体的辐射问题。边界积分法的缺点是在求解物体湿表面分布源积分方程时会出现不规则频率现象,而特征函数展开及匹配法则不存在这一问题。分析了裙板半径大小对CALM浮筒水动力系数的影响,裙板半径增大时由自身运动引起的垂荡和纵摇附加质量显著增加,而垂荡辐射阻尼则显著减小。     

近水面单体升沉运动有限元研究与分析

采用有限元方法对近水单体在作升沉运动时的水动力系数进行分析和计算.用Fortran语言编制程序,求解速度势,得到该运动状态下的附加质量和阻尼系数的数值解.在划分单元时,取八结点等参单元,在域内使用伽辽金加权余量法,具体积分时采用Gauss数值积分.分别计算了二维圆柱和方柱的水动力系数,并对二维方柱进行分析.     

淹没垂直圆柱横摇问题的解析研究

应用匹配特征函数展开法建立了有限水深淹没垂直圆柱横摇问题的解析解,通过与边界元方法的对比验证了该方法的正确性.基于上述模型,对淹没圆柱水动力系数进行了研究,结果表明,在大多数频率下,淹没圆柱的附加质量总是大于同样大小的漂浮圆柱,且在高频段近似为漂浮圆柱附加质量的两倍.当淹没深度较大时,圆柱附加质量趋向干常数,辐射阻尼趋...     

月池对FDPSO水动力性能的影响分析

采用数值模拟的方法,分析了不同尺寸、位置、吃水的月池对FDPSO船体附加质量和阻尼系数的影响。建立FDPSO三维水动力模型,采用水动力计算软件AQWA,研究了月池在不同尺寸、位置、吃水情况下对FDPSO横荡、垂荡、横摇附加质量和阻尼力的影响。结果表明：月池内流体的“活塞”振荡会增大船体的垂荡运动;FDPSO船体附加质量和阻尼力在频域范围内存在极值,垂向附加质量和阻尼力极值对应的波浪频率位置与月池尺寸、吃水有关,与位置无关。     

一种新型立柱式平台(Spar)的垂荡板设计

SPAR平台大多需要满足干式井口作业要求,对平台的垂荡性能要求较高。为降低平台的垂荡运动响应,通常在SPAR平台的桁架段设置垂荡板以增加垂荡阻尼和附加质量。以某新型立柱式平台(SPAR)为研究对象,对不同间距设置和型式的垂荡板进行性能分析,确定了平台的垂荡板的最终设计方案。     

码头前系泊船舶的附加紧水体质量系数

船舶附加水体质量是影响系泊船舶撞击力的重要因素之一.为了制定更为合理的系泊船舶荷载设计标准.需要针对船舶的附加水体质量系数开展深入的参数研究.采用三维频域方法,分别对无限开敞水域和半无限开敞水域中不同船型进行了计算,分析了船舶尺度、水深、装载度和码头类型等因素对附加水体质量系数的影响.结果表明:船舶尺度(或装载度)越大...     

基于N-S方程的航行船舶辐射问题数值模拟

基于N-S(Navier-Stokes)方程,进行了航行船舶辐射问题的数值模拟,包括强制垂荡和强制纵摇的模拟.计算了船舶垂荡和纵摇的附加质量和阻尼.数值模拟中,控制方程--BANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes)方程和连续性方程使用有限体积法离散,非线性自由面采用VOF方法处理.文中给出了以不同航速前进的船舶强制垂荡和纵摇的力与力矩,以及船舶垂荡和纵摇的附加质量系数和阻尼系数,并与DUT(Delft University of Technology)的试验数据进行了比较,二者吻合良好.     

大型船舶横向靠离码头所需拖船协助力的近似计算

为了保证大型船舶安全、经济地靠离码头，驾引人员应当对所需拖船协助力心中有数。国内外研究人员已在理论和实验方面做了大量的工作，但实用的计算方法仍不多见，且存在着一些问题。提高大型船舶横向靠离码头所需拖船协助力估算精度的关键是横流阻力系数Ｃ（ｗｙ）的估算。该文根据１２条船模试验数据用逐步回归分析法获得了可以表达Ｃ（ｗｙ）与船型及水深之间关系的近似公式；同时依据大型船舶横向离码头实际是加减速运动这一事实，考虑了加速运动对Ｃ（ｗｙ）系数的影响；此外还分析了岸壁对船舶横向运动的影响。该文所提供的计算方法是实用和可靠的，可供船舶驾引人员使用，亦可供船舶操纵运动数学模型研究人员参考。     

空泡附加质量建模的改进

基于通过实验检验过的圆盘表面速度分布估算公式,对圆盘空泡附加质量的数学模型进行了改进,给出了更精确的空化圆盘附加质量计算公式,分析了原线性速度分布假设下的计算公式的准确性,建立了带两个空泡的航行体附加质量计算模型。改进的模型不仅反映了带空泡航行体的附加质量变化规律,而且因为模型是建立在实验数据基础上,所以可靠性更高。     

基于ANSYS的三圆柱附连水质量计算

对三体船总振动预报,需计算参与振动的附连水质量。采用ANSYS流固耦合方法模拟了一系列的不同尺度比、不同间距的三圆柱在水中振动特性,并计算附连水质量。三圆柱体的振动附连水质量随着片体增大而增加,垂向附连水质量随着片体与主体的间距增大而减小,水平振动附连水则相反,但最终都趋向于3个单独的圆柱体附连水质量之和,并根据所求结果在单圆柱体的基础上给出一个修正系数来求三圆柱体的附连水质量,并推广到三体船上。     

波浪作用下船舶撞击力计算参数的选择

系泊船舶在波浪作用下的撞击力往往是大型开敞式码头设计的控制荷载。由于规范公式中船舶附加水体质量系数Cm和波高取值偏小导致计算值与物理模型试验值相差甚大。建议Cm取值为1．7～2．0，波高取为H1%。     

基于动网格的双圆柱体附连水质量的数值计算方法研究

介绍采用CFD软件Fluent数值计算双圆柱体附连水质量的简便方法。该方法计算出的附连水质量与试验值相比有较好的精度,可以推广于多体船总振动的附连水质量的计算。