超大型矿砂船波激振动及颤振研究

为研究超大型矿砂船的波激振动和颤振现象,通过某超大型矿砂船波浪载荷和合成载荷的预报计算,并将计算结果和模型试验结果比较,给出了该船的波浪载荷特征.研究表明:波激振动是一种船体结构与波浪载荷间的共振现象,它和颤振都是船舶在波浪中运动时产生的高阶振动.一般地,波浪周期较短且波高较小时,大型船舶容易产生波激振动现象,然而,在大波高时,船体往往会由砰击引起颤振,但由于振动衰减阻尼很小,较难区分此时产生的是波激振动还是砰击振动或者是其组合.因而高阶波浪矩包含了波激和砰击颤振成分.波激振动在该类超大型船舶的总波浪载荷中占有很大的比例,且在不同航线上的影响程度也不同.研究结果对该船及同类超大型船舶的结构设计具有重要意义.     

考虑波激振动的超大型船舶疲劳损伤计算

超大型船舶由于相对刚度较低,导致波激振动现象明显。常规的准静态谱分析法未考虑船体的弹性特征及与水动力载荷的耦合效应,无法求解考虑波激振动下的船舶疲劳损伤问题。针对上述问题,以应力模态叠加法为基础,来解决考虑波激振动影响时的船体疲劳强度评估问题,并以某超大型矿砂船为例进行疲劳计算,将结果与准静态谱分析法的结果进行对比分析。结果表明：计及波激振动效应,疲劳应力响应在高频段出现双峰甚至多峰现象,峰值点出现在遭遇频率接近船体固有频率时。波激振动效应使船体结构疲劳寿命大大降低,对于北大西洋海况,船舶在压载工况下的波激振动效应相较满载工况更明显。此方法对解决考虑波激振动下的船舶疲劳评估问题具有一定的参考意义。     

超大型船舶砰击颤振与波激振动研究进展

砰击颤振对船体结构响应会产生重要影响,波激振动对船舶结构的疲劳寿命会构成严重的威胁。超大型船舶的研发设计必须计及砰击颤振与波激振动对船体结构强度的影响。本文对超大型船舶砰击颤振与波激振动的试验和理论研究进展进行梳理,从波浪载荷、砰击颤振、波激振动三方面入手,总结国内外的研究成果,并提出该领域未来的研究方向。     

超大型 VLCC 波激振动和砰击振动模型试验研究

船舶的波激振动和砰击振动对船舶结构的安全性有较大影响。文章以一艘超大型 VLCC 为研究对象,通过变截面梁分段模型试验方法对船舶在规则波和不规则波中波激振动和砰击振动响应进行了比较分析,介绍了船模波浪载荷试验中模型的设计原则,通过静水试验得到了船体梁垂向振动频率特性、振动阻尼和静水兴波弯矩等参数,通过规则波和不规则波试验分析了波高、波浪周期和装载状态等因素对波激振动和砰击振动的影响。该文的研究结果对大型船舶的结构设计具有一定的指导意义。     

基于三维水弹性方法散货船运动与波浪载荷分析

采用三维有限元方法分析船体干结构在真空中的振动模态,结合模态叠加法和边界元法计算船体在流场中的水弹性主坐标响应,给出船体剖面载荷。讨论波激振动对船体结构疲劳损伤的影响,分析表明,大型船舶的弹性效应较为明显,在高频处容易发生波激振动现象,而波激振动加大了船体结构的疲劳损伤。     

基于模型试验与三维水弹性理论的船舶波激振动响应研究

船体波激振动使得船体结构中产生高频、持续和具有一定幅值的振动应力,可能引起结构发生严重的疲劳损伤,因而对船舶结构的安全性带来严峻的挑战。文章以一艘大型LNG船为研究对象,采用三维线性水弹性理论与水池模型试验方法对船舶波激振动响应进行了比较分析,研究了规则波与不规则波中的波激振动特性。改变该LNG船的刚度,并保持船型、重量分布等其它主船体特征不变,在模型试验和理论计算中探讨了刚度对波激振动的影响。通过两种刚度船体梁的模型试验与理论计算结果的比较分析,给出了波浪周期和船体刚度的变化对波激振动影响的几点结论。     

超大型矿砂船波激振动与砰击颤振分析

文章对某超大型矿砂船进行了波激振动和砰击颤振分析，并将波激振动计算结果与模型试验结果进行了比较分析，结果比较接近，说明在设计阶段合理采用数值模拟计算方法进行波激振动预报是可行的。阐述了波激振动与砰击颤振对超大型矿砂船疲劳强度和船体梁极限强度的影响，同时分析了波激振动和砰击颤振的主要影响因素，对大型船舶的设计有一定的指导和借鉴意义。     

大型油船和散货船波激振动及其对结构疲劳寿命的影响

通过一艘大型油船和一艘大型散货船在水池中的波激振动模型试验,研究了规则波和不规则波中的船体波激振动现象,利用试验获得的短期海况下的高低频应力数据计算分析了波激振动对实船典型结构疲劳损伤的影响。在此基础上,通过对试验数据的规律性研究,提出了一种快速估算短期海况中船体波激振动特征及其对结构疲劳寿命影响的方法。利用该方法,结合几条典型航线的长期海况统计资料,研究了不同航线上船体波激振动对结构疲劳寿命的影响。研究结果认为:大型油船和散货船在压载状态下存在明显的波激振动现象,不同航线上的波激振动强度及其对结构疲劳寿命的影响差别较大;快速估算方法能够合理地评估船体在波激振动下的结构疲劳损伤,具有一定的工程实用价值。     

船体梁刚度对波激振动影响的比较研究

船舶大型化发展的趋势使得其尺度越来越大,而结构轻量化设计的需求则使高强度钢被大量应用于其结构设计之中,相对于传统的小尺度船舶,相对刚度的下降使得船体梁变得越来越"软",这将导致大型船舶在波浪中航行时船体结构波激振动特性发生变化。采用模型试验和理论预报的方法,研究某大型工程船在不同船体梁刚度下的低频和高频垂向波浪载荷响应。分段试验模型采用2种横剖面惯性矩的钢质梁,用以分别模拟船舶横剖面原始的和变化后的刚度。采用三维水弹性理论对该船在波浪中的响应进行预报,并与模型试验结果进行比较。结果显示:小刚度的船体梁更易在波浪中发生波激振动;频繁的波激振动将导致结构发生严重的疲劳损伤问题。这种刚度变化对船体梁波激振动的影响规律表明,有必要将刚度作为大型船舶结构优化设计的重要参数之一。     

基于黏性流体-柔性结构耦合的波浪中船舶非线性波激振动研究

波激弹振和砰击颤振是集装箱船运营中极易出现的两种现象,分析其对船舶运动和剖面载荷的影响,对船舶设计和强度评估具有重要意义。采用黏性流体-柔性结构双向耦合方法对集装箱船模型在不同波长工况下的运动和响应进行求解,其中计算流体力学用于模拟流场的冲击和上浪等非线性现象并得到船体外载荷,然后通过有限元法求解船体运动和变形,两者在流固交界面进行隐式信息交换。计算捕捉到船体的非线性波激振动和颤振,分析结果发现,波激振动和颤振对整体运动影响较小,但会显著增大船体中垂的弯矩幅值,艏、艉区域垂向加速度受颤振的影响较大,当遭遇波浪的倍频成分接近船体湿频率时也会激发船体一定程度的弹振。与文献结果的比较表明,该耦合方法有望成为处理船舶水弹性问题的一种有效手段。     

大型船舶波激振动疲劳损伤模型试验与实船数据比较研究

为了对比船模试验与实船监测得到的船舶波激振动疲劳损伤结果,以40万吨级VLOC为对象,介绍了波激振动下疲劳损伤效应的船模试验和实船监测的评估流程,分析引起两者差异的影响要素,提出船模试验的修正方法,并将修正结果与实船监测数据进行比对分析。研究结果表明,波激振动疲劳损伤效应受浪向、航速与海况等因素的影响显著。试验结果通过合理的修正方法可以与实船监测数据吻合,验证了通过试验方法评估波激振动下疲劳损伤效应的可靠性。     

考虑水弹性效应的船体监测疲劳损伤评估方法

船舶结构应力监测系统作为智能船体的主要技术手段之一,近年来已逐步应用于高性能船和大型运输船,但考虑波激振动、砰击颤振水弹性效应的船体结构监测技术,目前还少有应用实例。超大型集装箱船船体梁刚度较小、大外飘船艏结构等特点使得波浪中更容易发生共振与颤振,这些波浪诱导的高频成分对船体结构的疲劳影响需要进一步研究。本文考虑波激振动等水弹性效应影响,对风浪中航行的超大型船舶进行了结构疲劳损伤评估分析方法的研究,并对一艘21 000 TEU集装箱船实船监测数据进行了数据分析,量化研究了波激弹振对监测结构疲劳寿命的影响。     

变载荷下船舶动力机械不锈钢钢丝绳减振装置

在变载荷影响下,船舶动力系统中的不锈钢钢丝绳,极易因振动波的振幅发生改变,而出现严重振荡现象。为解决上述问题,设计变载荷下船舶动力机械不锈钢钢丝绳减振装置。通过变载荷引起的激振力确定、动力机械减振控制2个步骤,完成新型减振装置应用环境的搭建。通过钢丝绳隔振器选择、船舶隔振垫设计、振荡采集传感器设计3个步骤,完成新型减振装置使用模块的搭建。控制变量因素设计对比实验结果显示,应用变载荷下船舶动力机械不锈钢钢丝绳减振装置后,振动波振幅的变化情况得到有效控制,钢丝绳严重振荡现象的发生几率,也得到一定程度的抑制。     

波激颤振对超大型集装箱船疲劳强度影响评估

随着全球航运规模的进一步扩大,集装箱船的大型化发展成为必然趋势,超大型集装箱船的船型特点导致船体结构遭受更严重的波激振动和砰击颤振作用,对船体结构疲劳强度产生较大影响.根据中国船级社规范和相关要求,基于三维线性/非线性水弹性理论,采用专用的三维水弹性计算软件,对一型超大型集装箱船开展波激振动和砰击颤振下船体结构疲劳强度直接计算评估和影响分析.分析结果表明,相关计算流程、算例和结论可为其他大型船舶在波激振动和砰击颤振下船体结构疲劳强度评估提供参考.     

结构安全监测系统在超大型集装箱船上的应用

为有效解决超大型集装箱船中波激振动或砰击颤振引起的船体疲劳强度和极限强度问题,丰富相关实船验证数据,采用考虑波激振动和砰击颤振水弹性效应的船体结构安全监测系统对船舶的结构安全进行监测。在某超大型集装箱船上的重要结构处和敏感部位合理布点,对应力、加速度和波浪等参数进行融合,对可能遇到的超阈值的结构应力等提供预警和辅助决策,规避船舶航行过程中人为决策失误引发的风险,增强船体结构的风险预防能力,提升船舶运营的安全性。通过对实船监测的数据进行回归,开展实船波激振动分析,为后续超大型船水弹性效应研究提供参考。     

VLCC在波浪中弹性响应的理论与模型试验研究

商船的大型化发展使得船长变得越来越长.这将导致大型船舶在大洋中航行时船体梁产生由于流固耦合作用引起的波激振动和砰击颤振.文章采用模型试验和理论预报方法研究了一艘VLCC在满载和压载条件下的低频和高频垂向波浪载荷响应特性.试验模型长度超过6m,采用两根非均匀截面梁来连接模型分段,并在分段处测量模型横剖面处的垂向弯矩.理论计算采用二维非线性切片理论和三维线性水弹性理论,预报结果和模型试验结果进行了比较.分析发现船体梁的波激振动易在小波高和低波浪周期下发生,尤其是船体梁的两节点垂向湿谐振频率为遭遇波浪频率整数倍的时候.波幅增大后,船体梁还将发生砰击颤振.波浪持续激励时波激振动和砰击颤振往往会耦合发生,由于船体梁小结构阻尼的影响,目前的技术手段难以从船体梁总振动中把它们分离开来.船舶的装载条件会对船体梁的振动特性尤其是波激振动产生较大的影响,研究发现压载条件下的波激振动响应要比满载条件下的严重,在已有文献中提到这种影响的机理在文中得到了模型试验和理论计算的再验证.     

船舶舵轴轴承结构摩擦激振仿真分析

为避开有关摩擦激振不一定正确的假设和机理,直接从润滑脂特性数据出发,采用分段插值方法对船舶舵轴轴承结构摩擦激振现象进行仿真研究.计算机模拟并预测了摩擦激振现象,分别从时域和频域分析了各参数对摩擦激振的影响,并建议通过适当增加阻尼、规避振动区域、改善低速性能等方式避免船舶舵轴轴承结构发生摩擦激振或减小摩擦激振的影响,为进一步研究奠定了基础.     

船舶结构模态计算及三维湿表面网格自动生成方法

远洋船舶已经成为世界经济贸易商品物流的主要载体,船舶结构不仅要满足静强度和刚度的要求,由于船舶在航运过程中可能会受到不同的激振力,船体结构还需要满足振动条件下的结构特性,防止船体结构由于振动作用产生疲劳破坏,也需要防止船体的激振频率与固有频率的共振现象。本文结合有限元计算方法对船舶结构在激振力下的模态特性进行了力学仿真。在建立有限元模型时,采用一种三维湿表面网格自动生成方法,提高了模态仿真的精度。     

波激振动的理论预报及与实船试验结果的比较

本文研究一艘大型海船的波激振动问题。该船在运行过程中发生了频繁的波激振动，导致严重的结构裂纹。文中对四种预报船体波激振动响应的理论及其计算机程序进行了描述。这些理论在计算水动力载荷和结构振动时具有各自的特点，如：线性、二阶、非线性、频域、时域、二维和三维等。相应的程序(WASIM，SOST，SINO和VERES)对低频波浪诱导响应预报已有较多的验证。文中对各程序在波激振动预报中的前提条件作了说明。计算中进行了参数敏感性分析并给出了主要结果。在与实船试验结果的比较过程中选择了十个不同的工况，对其海况、航向和试验现象给出了简要描述。对低频波浪诱导和高频波激振动响应分别进行了比较，得出了一些有意义的结论。     

超大型油船波激振动研究

本文论述了超大型油船发生波激振动的机理、波激振动的实船测量及船模试验，波激振动理论预报方法，探讨了它对超大型油船总纵强度及疲劳寿命的影响。