一种基于板架模型的三体船连接桥结构瞬态砰击响应的分析方法

三体船连接桥的砰击问题一直是水动力领域的难点问题.为有效减少砰击载荷作用下动态响应峰值的计算量,本文基于板架模型,提出一种借助等效静力系数的三体船连接桥结构的砰击响应分析方法.首先,通过对三维板架结构进行入水砰击的结构瞬态响应分析,将直接积分法和模态叠加法两种方法进行比较分析,选取更合适的方法进行动力响应计算;其次,通过改变计算参数,分析了边界条件和时间效应对板架应力峰值和等效静力系数的影响;最后,与三体船分段模型的计算结果进行对比,验证了借助简化模型得到等效静力系数法的可行性.本文的计算结果及相关结论能够为后续准确分析连接桥局部结构的砰击响应、合理关注连接桥的高应力位置及屈服强度的评估提供参考.     

变刚度楔形体板架落体砰击试验研究

通过对具有四种刚度的两个二维楔形体板架的自由落体试验,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结构力学分析;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。通过试验,深入研究了折减系数与结构刚度的关系,并指出在船体局部结构设计中应充分注意刚度变化对折减系数的影响。     

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。     

大尺度楔形体板架钢模落体试验和仿真研究

采用模型试验和数值仿真的方法对不同刚度的大型楔形体板架钢模入水砰击进行了比较研究。建立了包含空气、水和弹性板架完全耦合的三维有限元模型,同时计及重力的影响。文中还对不同高度和刚度的弹性板架入水砰击进行了广泛的数值仿真,并与模型试验进行了比较。结果表明:弹性效应对楔形体的砰击压力和结构应力响应有着不同程度的影响。     

船艏自由落体砰击载荷模型试验研究

本文对船艏自由落体砰击载荷进行了模型试验研究,根据不同的落体高度与入水角进行了多次试验,研究了落体高度、入水角等因素对入水速度、砰击载荷及结构响应的影响。研究结果表明:船体入水速度、砰击压力、结构响应等随着落体高度的增大而增大;模型入水过程中,各测量点砰击压力峰值发生时刻存在一定的时间差;结构响应峰值发生时刻也存在一定的时间差;由于斜升角较小,球鼻艏底部的砰击压力峰值最大;外飘区域的砰击压力最大值仅为球鼻艏底部的30%～50%;同一水线面上,从船艏模型艏端向艉端砰击压力峰值逐渐减小;对同一横剖面,外飘下部区域的砰击压力峰值大于外飘上部区域的砰击压力峰值;由于砰击压力对外界影响因素非常敏感,砰击压力与结构响应具有一定的离散性。     

砰击作用下船用铝合金板架的瞬态动力响应参数分析

为了分析铝合金板架结构对砰击载荷的响应规律及确定计算参数,以某船用铝合金板架为研究对象,运用Patran/Nastran进行非线性瞬态响应分析,首先分析了阻尼效应和应变率效应,之后将试验得到的真实砰击载荷简化为Ochi提出的三角形砰击载荷,最后分析了峰值出现时间和连续砰击次数对板架瞬态响应的影响。仿真结果表明:在铝合金板架瞬态响应计算中,材料的阻尼和应变率可以不考虑;峰值出现时间越早,板架变形越大;板架变形随着砰击次数的增加而增大,但在第3次后趋于稳定。本文得到的结果可为铝合金质船体结构的砰击动力响应分析提供参考。     

三维回转体入水砰击载荷预报

采用数值仿真的方法研究了三维刚性回转体的入水问题,分析了不同回转角度的回转体的砰击压力峰值的变化规律,并研究了以一定初速度入水时,结构质量对砰击压力的影响。计算结果表明,恒速下降时,砰击压力峰值随角度的增加而下降;初速下降时,随着结构质量增加,砰击压力峰值先急剧增加,然后区域平稳。最后提出了不同回转角度、不同质量系数的回转体在初速下降与恒速下降时砰击压力峰值的预报公式。     

基于气垫效应的二维楔形体入水砰击载荷预报方法研究

本文对二维刚性楔形体入水砰击问题进行研究,将数值模拟与模型试验结果进行对比分析,验证利用数值模拟方法研究入水砰击问题的可行性。获得气垫效应、斜倾角、入水速度对楔形体入水砰击压力峰值的影响规律,并分析了气垫效应对压力峰值的影响机理。最后对砰击载荷预报方法进行研究,获得不同斜倾角、不同速度下楔形体入水砰击压力峰值的预报公式。     

基于气垫效应的二维楔形体入水砰击载荷预报方法研究

本文对二维刚性楔形体入水砰击问题进行研究,将数值模拟与模型试验结果进行对比分析,验证利用数值模拟方法研究入水砰击问题的可行性.获得气垫效应、斜倾角、入水速度对楔形体入水砰击压力峰值的影响规律,并分析了气垫效应对压力峰值的影响机理.最后对砰击载荷预报方法进行研究,获得不同斜倾角、不同速度下楔形体入水砰击压力峰值的预报公式.     

弹性回转体入水砰击载荷预报

采用数值仿真方法分析三维弹性回转体的入水问题,分析不同厚度的回转体的砰击压力峰值的变化规律;讨论以一定初速度入水时结构弹性模量对砰击压力峰值的影响;分析了砰击压力峰值随初速度的变化规律.计算结果发现,弹性回转体的砰击压力峰值随厚度、弹性模量以及速度的增加而增加.提出了随结构厚度、弹性模量和初速度变化的弹性回转体砰击压力峰值的预报公式.     

三维对称楔形体入水的水弹性力学分析

结构入水砰击是一个很复杂的水弹性力学问题,在船舶与海洋工程领域,人们对其十分关注。本文借助模型试验和商用软件平台Ansys技术,对结构入水砰击过程展开研究。首先,自主设计入水结构模型、试验装置,通过布置在楔形体结构内的传感器,全程实时监测楔形体结构下落的压力变化。然后,基于试验结果,数值模拟了三维弹性楔形体的入水砰击过程。得到了砰击压力云图、等效应力云图以及流体的速度云图,对比分析了弹性体测点与试验中测点的砰击压力,验证了该数值模拟方法的可行性与有效性。     

基于OpenFOAM的大型三体船连接桥入水砰击载荷数值模拟分析北大核心CSCD

[目的]旨在探究三体船连接桥落体砰击载荷分布规律。[方法]基于OpenFOAM开源软件以及连续性方程和N-S方程,建立三体船连接桥自由落体入水砰击数值模型,模拟三体船连接桥自由落体入水砰击过程中的速度、砰击压力以及自由液面动态变化,开展网格收敛性分析,验证数值计算方法的正确性,并将数值解与实验值进行对比。[结果]结果显示,所提模型能够有效预报三体船连接桥结构的落体砰击载荷,靠近外折角点的连接桥砰击压力系数最大,得到了连接桥下表面砰击压力峰值及砰击压力系数与速度的关系。[结论]研究给出的三体船连接桥入水砰击压力特性和范围可为三体船结构强度评估与结构设计提供数值基础。     

三维加筋板楔形体结构水弹性砰击的ALE数值模拟研究

合理预报船首局部结构砰击载荷及其结构应力响应是船舶结构设计人员所重点关心的问题。文章针对某钢制三维加筋板楔形体入水砰击问题,考虑其水弹性效应,采用ALE显式有限元方法开展了数值预报工作。数值模拟的入水加速度、加筋板结构的纵骨和横梁上应力响应等结果与模型实验的时域结果进行了比较,吻合较好。文中还讨论了数值模拟的并行计算效率问题。     

空气层对高速三体船连接桥砰击压力峰值影响二维仿真研究

利用LS-DYNA仿真软件研究了高速三体船连桥结构的砰击问题,建立了二维有限元模型,对高速三体船结构以不同的速度进行等速入水的情况进行了计算.研究发现,存在于高速三体船主船体和辅船体与水之间的空气层充当了缓冲垫,大大减小了连接桥的砰击压力峰值.通过对压力峰值与速度平方比值的无量纲系数的回归分析,发现该系数随着入水速度的增加成二次指数递减趋势;其次是假想不存在空气层进行仿真计算,与考虑空气层的计算进行比较分析,量化空气层对高速三体船连接桥砰击压力峰值的影响,并得出随着砰击速度的增加,空气层对压力峰值影响逐渐变小.     

基于OpenFOAM的无转角和有转角楔形体舱段入水砰击载荷数值模拟研究

合理预报船首局部结构砰击载荷是船舶设计和研究者重点关心的问题。文章针对无转角和有转角楔形体舱段入水砰击问题,采用OpenFOAM开源软件,开发了基于两相流求解器InterDyMFOAM数值模拟结构入水砰击的程序包,开展了预报研究工作。数值模拟了入水过程的压力和加速度时域响应历程,与入水砰击模型实验进行了对比分析,吻合很好。同时讨论了网格划分等对结果的影响和砰击的三维效应。结果表明,本文提出的入水砰击载荷预报方法计算效率高,具有推广应用到预报复杂三维船首结构砰击问题的潜力。     

船体结构局部强度设计中的砰击载荷确定方法

在分析船舶砰击载荷力学特性的基础上,首先对各种船体砰击载荷设计方法进行比较和开展了压力不均匀系数的研究。然后从工程实用的角度出发,引入和扩展了砰击压力"折减系数"的概念,将砰击压力转化为与结构应力响应等价的均布静压力,使结构仍可按静力强度计算方法来进行设计和校核。在此基础上,提出了船体结构局部强度设计中确定砰击载荷的思路,给出了在砰击载荷作用下各种局部结构强度计算的方法与步骤。通过实例应用和分析,验证了方法的实用性。该方法可应用于船体局部结构的设计实践。     

船舶首部结构入水砰击过程研究

对刚性船舶首部结构砰击过程进行仿真研究,分析砰击过程中的液面变化,以及船舶首部结构砰击压力与入水速度、结构曲率的关系。研究弹塑性首部结构入水砰击问题。针对弹塑性首部结构入水砰击过程中各个构件上的应力、变形、吸能等参数进行动态响应分析,对优化船舶首部结构形式和保证结构安全性具有十分重要的研究意义。     

江海直达船艏部结构入水砰击试验

新一代江海直达船主要呈宽扁型且吃水较浅,由江入海航行时会发生船艏底部和外飘砰击,严重的砰击会造成船舶主动失速甚至结构损伤,影响船舶与人员安全。传统的理论和相关经验公式很难预报宽扁肥大的艏部结构的砰击载荷。相较于传统的简化模型试验方法,本文基于相似理论设计了与某新型江海直达船艏部结构相似的三维木质模型。采用落水试验的方法进行了一系列的不同落水高度及不同入水角度的入水砰击试验。研究江海直达船艏部结构所受砰击载荷特点,得到砰击压力峰值及其分布规律,同时发现了小角度入水情况下(入水攻角α5°)的空气垫效应,空气垫延缓并减小了砰击压力峰值。此外还回归了0°~15°入水攻角下的底部砰击压力预报公式,可供结构设计时参考砰击载荷的选取。     

楔形与船首外飘剖面的砰击研究（英文）

文章通过分析MLM解析砰击模型,提出了一种更适用于大底升角楔形体砰击的半解析砰击模型。通过采用数值仿真技术对外飘剖面入水问题的研究,指出了现有规范方法存在的不足,并扩展了半解析方法来实现外飘剖面砰击压力峰值系数的预报。在楔形剖面与船首外飘剖面的入水砰击研究中,对比了半解析砰击模型和数值仿真技术的计算结果,验证了半解析方法的可行性。     

楔形与船首外飘剖面的砰击研究

文章通过分析MLM解析砰击模型,提出了一种更适用于大底升角楔形体砰击的半解析砰击模型。通过采用数值仿真技术对外飘剖面入水问题的研究,指出了现有规范方法存在的不足,并扩展了半解析方法来实现外飘剖面砰击压力峰值系数的预报。在楔形剖面与船首外飘剖面的入水砰击研究中,对比了半解析砰击模型和数值仿真技术的计算结果,验证了半解析方法的可行性。