深海平台砰击载荷的数值分析

文章以深海平台为例,研究在迎浪海况的作用下,波浪对平台的砰击效应.将平台简化为大尺度,深吃水,几何形状规则的刚体,采用计算流体力学中的有限体积方法,将计算区域划分为一系列不重复的控制体积,使每个网格节点周围有一个控制体积,求解离散方程,利用流体体积理论捕捉自由表面的波形.依据三阶斯托克斯波波浪理论,利用fluent软件建立相应的数值水槽,并进行造波及消波设置,得到稳定的波浪场.采用固定平台六自由度的方法,初步地对平台所受的波浪砰击载荷进行分析计算.     

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.     

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。     

集装箱船外飘砰击载荷的CFD数值分析

基于黏流CFD方法研究迎浪工况下波长和波高对KCS船运动和外飘砰击的影响,分析砰击压力的时空分布及其与船舶垂向运动的关系。基于开源造波工具waves2Foam建立三维数值水池,采用naoe-FOAM-SJTU求解器中的重叠网格技术求解船舶在波浪中的运动。计算结果表明,船舶运动幅值随波长和波高的增大而增大,波长船长比为1时外飘砰击压力最大,外飘砰击压力随波高增大呈线性增大规律。集装箱船应尽量避免在波长接近船长的海况下航行。这项研究可为波浪中的船舶砰击载荷预报提供参考。     

外张砰击载荷

本文讨论了船在不规则迎浪中航行时,由于首外张砰击而引起的压力和弯矩的计算。在砰击压力计算中采用了两种方法:动量冲击理论和Wagner型冲击理论。以具有较大首外张的S-175集装箱船为例,计算结果同模型试验进行了比较,压力及弯矩的符合程度令人满意。     

小水线面双体船砰击概率

为得到不同海况对小水线面双体船砰击概率的影响,基于势流理论中的Rankine面源法对该船的波浪砰击进行研究。通过挪威船级社(Det Norske Veritas,DNV)水动力软件SESAM的Wasim模块,预报该船在不同速度、不同海况下的短期运动响应,获得不同海况、不同速度下该船湿甲板的波浪砰击压力。研究7种海况下的不同吃水对砰击概率的影响,结果表明:该船的运动响应均随着航速的增加和海况的恶劣而增大;与航速相比,海况对双体船的运动响应影响较大。预报点离艏部越近,相对速度和相对运动值越大;该船的砰击概率随着海况的恶劣而增大,但当吃水增加时,砰击概率会减小。     

砰击载荷作用下的双体船湿甲板综合优化

双体船由于高航速及独特的结构形式,船体湿甲板处受砰击载荷影响较大,其结构安全受到较大的威胁。采用有限元软件Ansys对目标船湿甲板结构进行参数化建模,运用CFD方法分析求解湿甲板处的砰击载荷。以多学科优化软件Isight为平台,集成有限元软件,以湿甲板各位置板厚、桁材与骨材尺寸和数量为设计变量,以结构应力作为约束条件,以湿甲板结构重量为目标函数,开展砰击载荷作用下的双体船湿甲板优化设计。计算结果表明,考虑结构布局的优化可以以更小的代价实现应力分布均匀化和结构轻量化目标。     

船首外飘砰击载荷的数值预报

本文采用显式有限元方法预报船首外飘砰击载荷。通过对比小尺度外飘模型的自由落体砰击试验值和相应的数值模拟结果,验证了该方法在预报船首外飘砰击载荷方面的可行性。针对2种不同结构形式的实船尺度的外飘剖面,预报了剖面在船体与波浪相对运动规律下的砰击载荷,研究了流动分离后的二次砰击现象,并进一步探讨了网格密度和接触刚度参数对不同剖面形式外飘砰击载荷的影响。     

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。     

一种考虑砰击载荷的双体船湿甲板疲劳强度的计算方法

提出一种实用的计算和分析方法来考虑砰击载荷对双体船湿甲板处结构疲劳强度的影响,保证疲劳寿命预报的精度。首先,根据线性理论计算船体与波浪之间的相对运动和相对速度,并计算船体结构在波浪载荷作用下的应力响应;然后,计算湿甲板在砰击载荷作用下的非线性响应,再将线性响应与非线性响应通过方向性进行叠加,得到波浪载荷与砰击载荷联合作用的应力响应时历;最后,通过雨流计数法计算双体船在危险工况下的湿甲板疲劳损伤。研究结果可为考虑砰击载荷的双体船湿甲板疲劳强度评估提供一些参考。     

结构物入水砰击过程数值分析

采用MSC.Dytran软件对二维楔形体入水砰击过程进行数值模拟,分析考虑空气和重力因素的液面变化情况,总结入水速度、入水角度与砰击载荷的关系;对三维刚性船舶尾部结构入水砰击问题进行研究,得到曲率变化对结构砰击载荷的影响规律。     

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。     

大型浮式保障平台砰击载荷数值模拟方法研究

大型浮式保障平台的船体砰击载荷是进行结构设计、保证营运安全必须考虑的重要问题之一。海洋工程中需要精确、快速评估大型浮式保障平台的砰击载荷并将其用于结构设计与评估。利用三维势流理论分析大型浮式保障平台在各个载况下的水动力性能,根据分析得到的船底浸没和入水速度概率分布初步辨别各个海况下船底砰击发生的可能性;针对辨别出的海况和载况,利用时域非线性模拟手段进行砰击模拟和载荷评估,最终得到船体砰击载荷的分布与极值。     

宽幅平底船型砰击载荷研究

针对宽幅平底船型在风浪中航行,其船艏底部易遭受砰击从而引发船体高频振动的现象,对某型宽幅平底船型进行了研究.通过对目标船艇开展理论计算、船模试验、实船测量等多项工作.研究了非常规船型的砰击载荷.运用理论研究和试验相结合的方法,开展了复杂船型的砰击载荷研究,提出了理论预报的估算公式.通过大量计算和相关试验,得出了船型、航速和海况是影响宽幅平底船型砰击载荷的三大主要因素的结论.     

二维楔形体入水砰击的数值仿真

利用MSC.Dytran动力学软件研究了二维楔形体的入水砰击问题。建立了包含空气、水和楔形体的完全耦合的二维有限元模型,其中,流体域用Euler单元来模拟,结构部分用Langrange单元来模拟,采用一般耦合算法,同时计及重力的影响。本文分别对刚体等速入水和弹性楔形体初速度入水进行了数值计算,发现数值仿真的压力结果比理论值略微偏小,而自由液面的变化情况与试验和理论分析基本一致。结果还表明,不同冲击速度下流固耦合效应对弹性结构的动响应有着不同程度的影响。     

低装载液箱晃荡砰击载荷的CLSVOF数值模拟

应用CLSVOF数值方法模拟并计算液箱剧烈晃荡的砰击载荷。该方法由level-set方程获得网格内自由液面法向量,并由PLICVOF方法重构自由液面,然后在重构后的自由液面上进行level-set方程的重新初始化。应用该方法,模拟了横摇以及横荡共振激励作用下低装载液箱的晃荡砰击载荷,并与实验结果进行了对比,计算结果与实验结果较为一致。     

砰击载荷下三维变形结构动态响应的数值模拟

砰击不仅会造成船体结构局部损坏,严重时还会破坏船体总纵强度,造成人员和财产的损失。基于计算流体力学分析软件STAR-CCM+和有限单元分析软件Abaqus,通过VOF法和FEM法的协同交互耦合,建立考虑结构变形效应的弹性体砰击数值模型,主要研究三维楔形体结构入水砰击时结构动态响应特性及板厚对结构变形效应的影响规律。通过与实验结果对比,验证了数值模拟的有效性。研究得出结构板厚越小,结构弹性效应越强,结构所受压力越小而压力波动越大,同时变形位移越大。