集装箱船在波浪下的结构动态崩溃数值仿真研究

船舶遭遇大波浪载荷后极可能产生结构崩溃事故,集装箱船具有甲板大开口,在大波浪下更容易产生结构动态崩溃.文章提出一种联合三维势流理论和非线性有限元的数值仿真方法用于计算集装箱船在波浪下的结构崩溃响应,采用势流理论计算船体的波浪载荷,采用非线性有限元计法计算结构的崩溃响应,实现波浪载荷由水动力模型至有限元模型的映射,以典型...     

首尾开槽类船体结构的波浪外载荷研究

文章从规范公式计算、三维线性势流理论预报两方面进行了首尾端开槽的绞吸式挖泥船船体结构波浪外载荷研究。三维线性势流理论预报的波浪外载荷计算是基于实际模拟船体开槽区域的开敞式湿表面和将船体开槽区域定义为船体内部液舱的两种不同方式进行。基于工程设计的实际出发,论文旨在综合探讨适合于首尾端开槽的船体结构波浪外载荷计算方式,并进而解决首尾端开槽结构的船型总强度设计载荷问题。     

基于全时域势流理论的船舶与液舱晃荡耦合运动的数值计算

基于三维线性有航速时域势流理论计算船体时域运动外域波浪力,同时采用三维全非线性时域势流理论来计算舱内液体的非线性晃荡所诱导力与力矩,进而建立了波浪中载液船舶耦合运动方程。该方法能够完整地考虑波浪、船体和液舱晃荡之间的实时耦合作用。研究结果表明:通过模型实验和数值模拟计算的对比,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,无航速船体运动RAO与模型实验结果吻合良好,有航速运动计算合乎预期。     

三体船垂向波浪载荷预报

以一艘三体船为例,采用基于三维线性势流理论的流体动力计算程序,进行船体波浪载荷的长期预报,并将波浪载荷的长期预报值与英国劳氏船级社三体船规范计算值进行比较分析。结果表明,在现有条件下预报结果具有一定的准确性,可用于指导船体初步结构设计。     

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。     

风力发电设备安装船的整船强度数值计算研究

在风力发电设备安装船的典型装载工况下,应用三维势流理论进行波浪诱导载荷长期预报,以主要载荷控制参数为依据进行设计波的选取,应用DNV的SESTRA模块将设计波载荷施加于船体进行船体结构直接计算分析。计算结果表明：船体结构设计均满足要求。     

FPSO舷外排水管及支撑结构强度分析

采用三维势流理论和MORISON公式相结合的方法,预报了FPSO舷外排水管的波浪载荷,并进一步应用梁系方法和有限元方法对排水管及其支撑结构进行了强度评估。为类似海洋工程结构物舷外排水管及支撑结构的波浪载荷预报和强度分析提供了一条解决途径。     

非典型双体船波浪载荷直接计算

小型双体船船体细长,仅由2个片体和桁架式连接桥结构组成,属于非高速双体船。因此,采用规范公式对其波浪载荷进行计算已不合理。采用中国船级社（CCS）的三维频域线性水动力计算软件COMPASS-WALCS对该型水面靶标波浪载荷直接计算,建立船体湿表面有限元模型、全船质量模型,根据三维辐射-绕射理论计算得到非典型双体船在满载工况时主要载荷参数的短期和长期预报值,确定不同组合工况下的设计波参数,用于全船结构强度的计算校核。对类似船型的船体波浪载荷直接计算提供参考依据。     

基于三维波浪载荷的甲板驳总纵强度分析

某甲板驳船的主尺度比超出规范要求,为此,在频域内采用三维线性势流理论的波浪载荷计算方法,选取修正P-M双参数波浪谱及相应海域的波浪散布图,分析不同装载工况下船体所受波浪载荷并进行总纵强度分析.     

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。     

8000kW救助船规则波下的运动与波浪载荷预报

随着数值计算技术的发展,船舶运动与波浪载荷预报精度也在不断提高。介绍了三维势流理论方法在规则波上船舶运动与波浪载荷预报中的应用,以8 000 k W救助船为例,预报了其运动与波浪载荷。通过应用三维势流理论,可以为船舶耐波性评估和结构设计提供依据。     

基于设计波法的FLNG整船强度评估

本文采用基于设计波法的直接计算法对270 000m3的浮式液化天然气船FLNG进行整船结构强度评估.根据FLNG具体的结构形式和数值分析的最终目的将该装置的实际结构简化,选用适当类型的单元对该装置的结构进行离散而得到FLNG的整船有限元模型.基于三维势流理论并利用中国南海波浪散布图对FLNG进行水动力分析,得到了FLNG在典型装载工况下的波浪压力分布及设计波参数.通过把FLNG承受的波浪压力、惯性力、静水压力与重力等载荷分布到有限元模型上,得到FLNG在典型装载工况下全船的应力水平、应力分布和变形情况.该数值分析结果可在FLNG的初级设计阶段为船体结构强度分析提供有效分析依据,并为FLNG上部模块的设计开发提供船体变形参考.     

14000 kW救助船恶劣海况下失速系数数值研究

为研究救助船舶在恶劣海况条件下的失速性能,保证救助船舶的航行安全性,选取非线性势流计算方法和黏流CFD方法,计算KCS船在静水和规则波中的波浪增阻及船舶运动.将计算结果与船模试验数据进行对比可得:2种数值模拟计算方法在计算波浪增阻时,误差均在3.6％以内,但非线性势流理论方法相较于黏流CFD方法能够大量节约时间.因此,选定非线性势流理论计算方法为救助船数值试验计算方法,将救助船非线性势流理论计算结果与静水船模试验结果对比,在设计航速17.5 kn时,阻力误差绝对值为2.22％,选取方法有效.根据ITTC 2014年提出的失速系数计算方法进行目标船型失速预报,在设计航速17.5 kn条件下,5级海况时失速系数最大,为0.93,7级海况时失速系数最小,为0.66.     

船体桁材开孔后的极限强度研究

采用非线性有限元直接计算方法,对轴向受压船体桁材开孔后的极限强度进行系列结构计算分析,并基于有限元数值分析结果,提出轴向受压船体桁材开孔后的极限强度的预报公式.计算结果比较表明,该公式更为合理,其预报具有较高精度.     

甲板上浪问题的二维数值模拟

以连续性方程和N-S方程为控制方程,采用源造波理论和技术,建立了具有造波和消波功能的二维数值波浪水槽,并使用VOF方法追踪自由面来模拟二维情况下的甲板上浪问题.文中就迎浪状态下的固定FPSO和横浪状态下的运动船体断面模型所遭遇的甲板上浪现象分别进行了数值模拟研究.船体的运动规律通过势流理论计算结果给定,在上浪现象模拟计算时,船体的运动采用移动网格技术实现.研究表明,计算结果与试验结果相当吻合,该方法可以用于甲板上浪现象的预报和模拟,可以用于分析预报甲板上浪对浮体的破坏作用.     

航速对大型半潜船波浪载荷影响研究

基于三维势流理论,采用考虑航速的波浪载荷预报方法,对一艘10万t级半潜运输船在0航速及设计航速下的船体梁波浪弯矩及波浪剪力进行预报,结果表明,设计航速下船体波浪弯矩极值较0航速时增加约9%,波浪剪力极值增加约18%。为10万吨级大型半潜船设计提供参考。     

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。     

大型滚装船弯扭强度整船有限元分析

以大型滚装船为研究对象,采用现代的三维全船有限元分析技术及DNV船级社的SESAM软件系统,为全面研究整船弯扭强度,建立了全船有限元结构模型、质量模型、水动力计算模型;应用三维辐射—绕射理论和有限元程序进行波浪载荷的长期预报,在此基础上确定设计波参数;对全船结构有限元模型在设计波载荷作用下分析计算得到各种工况下船体结构的应力、变形响应,获得船体结构强度特点,对该类船舶的结构设计优化和强度分析有一定的参考价值,同时对其他类型船舶弯扭强度全船有限元分析有借鉴意义。