超大型浮体结构考虑非线性项的波浪力响应计算

为求解超大型浮体结构波浪响应问题,将其简化成弹性梁板模型。以有限元软件为基础来建立超大型浮体结构的弹性梁板模型,在势流理论的基础上,将速度势分解为入射势、绕射势和辐射势三部分,并利用格林函数法推导出一阶、二阶波浪速度势的表达式。以此为理论基础,编制了相应的计算程序来计算浮体结构所受到的二阶波浪力,最后建立了梁板模型的水弹性响应方程,对非线性波浪力作用下的浮体结构的水弹性响应进行求解分析,并分析了波向对响应振幅的影响。     

迎浪端配置减振板的超大型浮体平板模型水弹性响应分析

在箱型超大型浮体迎浪端引入水下减振平板,依据势流理论,采用模态展开法和特征函数展开法求解流体速度势,并将其代入水弹性运动方程,求解该浮体的水弹性响应。探究减振板板宽、入水深度等参数对超大型浮体水弹性响应的影响;对比有无配置减振板情况下,入射波波长变化对浮体水弹性变形的影响,这些为今后的工程应用提供了理论依据。     

超大型浮体的水弹性响应分析

针对海上超大型浮体与波浪相互作用这一流固耦合问题,把超大型浮体简化为二维薄板,应用特征函数展开法求解流场速度势,采用正弦模态函数对结构运动进行模态展开分析,计算浮体的水弹性响应。     

航行船舶的三维非线性水弹性分析

基于Wu提出的浮体二阶水弹性理论[1],研究大浪中航行船舶的非线性水弹性响应,给出了数值方法和计算结果.在二阶水弹性分析中,主要考虑了大角度刚体转动和瞬时湿表面变化引起的非线性水动力.根据三维线性水弹性理论[2],采用移动脉动源格林函数和Kelvin定常兴波假定,求解了对二阶水动力做主要贡献的一阶速度势及响应.最后以航行于不规则波中的小水线面双体船为例,讨论了航速和定常兴波流场对水弹性响应的影响,并对线性和非线性响应的预报结果进行了比较.     

基于完全耦合算法的绕水翼流固耦合特性研究

基于完全耦合算法对绕二维NACA0009水翼流固耦合特性进行了数值模拟研究。采用Theodorsen模型和Munch模型对刚性和弹性水翼的水弹性响应进行了数值计算,分析了流体与结构的相互作用关系,研究了影响结构水弹性响应和流固耦合特性的因素。研究结果表明:考虑了流体黏性的Munch模型与基于势流理论的Theodorsen模型对气动弹性响应的数值计算结果基本一致,而Theodorsen模型由于没有考虑流体黏性在一定程度上低估了结构的水弹性响应。结构的惯性、阻尼和刚度力矩与流体的相应附加载荷均处于同一数量级,故流体与结构的相互作用不可忽略,尤其对于弹性水翼,流体的惯性、附加阻尼作用增大,流固耦合算法的数值稳定性对流固耦合特性的计算结果影响将更大。外部激励频率为非共振频率时,结构的刚度作用是影响水弹性响应的主要因素,外部激励频率为共振频率时,流体的附加阻尼和附加刚度作用减弱,除结构的刚度作用外,流体与结构的惯性作用对水弹性响应和流固耦合特性的影响也较大。     

波浪对竖直板的水弹性冲击

基于线性水波理论,采用模态叠加法和有限差分法研究了受波浪冲击作用的竖直板的水弹性响应。流体假定为不可压缩、理想势流。首先基于模态叠加法给出了二维边界条件和四周简支板的运动响应的解析解,与有限差分法求解结果进行对比完全一致,然后运用有限差分法给出了四边固定弹性板运动响应的数值解,最后分析了厚度、波长对板振动、辐射波高的影响。研究发现在有边界约束条件下水弹性作用会加剧板的振动。     

非均匀海底环境下铰接超大型浮体的水弹性响应分析

本文采用基于离散模块思想的频域水弹性分析方法,对处于非均匀海洋环境下的铰接超大型浮体的水弹性响应进行分析.该方法首先将连续浮体离散为多刚体系统;然后应用三维势流理论获得各个刚体的水动力系数,将其与弹性梁刚度阵进行耦合,得到浮体在波浪作用下的运动学方程;随后引入铰接约束矩阵,建立铰接超大型浮体在非均匀海底环境下的运动学方程,在频域中求解该方程得到浮体的位移响应;最后利用梁的弯曲理论,获得浮体的弯矩分布以及铰接点处的轴向力和剪力.通过对比不同入射角度、波长和海底条件下浮体的水弹性响应,发现非均匀海底对铰接点的位移和受力有明显的影响.     

对一型潜器的水下振动响应分析

文章基于三维水弹性方法,分析了一型潜水器水下航行中的振动响应特性,通过求解干模态的广义坐标响应及对应的附连水质量,确定了干模态频率和湿谐振频率的对应关系。该文预报的水下响应曲线的峰值频率得到了水声试验测试结果的印证,说明了三维水弹性方法在求解水下结构振动响应问题上的有效性。文中最后对潜器尾部结构进行了改进,改进前后速度响应幅值曲线的比对表明,增加尾部纵桁结构的刚度对抑制潜器的尾部振动有明显的效果。     

对一型潜器的水下振动响应分析（英文）

文章基于三维水弹性方法,分析了一型潜水器水下航行中的振动响应特性,通过求解干模态的广义坐标响应及对应的附连水质量,确定了干模态频率和湿谐振频率的对应关系。该文预报的水下响应曲线的峰值频率得到了水声试验测试结果的印证,说明了三维水弹性方法在求解水下结构振动响应问题上的有效性。文中最后对潜器尾部结构进行了改进,改进前后速度响应幅值曲线的比对表明,增加尾部纵桁结构的刚度对抑制潜器的尾部振动有明显的效果。     

一种基于离散模块的浮体水弹性响应预报方法

文章基于传统的多体水动力学和有限元方法,将连续的浮体离散为由有限个弹性梁元连接的刚体子模块,各个模块不仅受到相邻模块的水动力的干扰,同时还受到为保证结构连续性而引入的等效连接梁的作用,从而建立了一种新的可以用于求解浮体水弹性响应的数值方法。采用文中的数值计算方法,对一个箱形的超大型浮体的水弹性响应进行了研究。并通过与传统的水弹性方法计算结果的对比,证明了文中的方法的正确性和可靠性。该文的数值计算方法可为以后非均匀海洋环境下浮式结构物的水弹性响应计算提供依据。     

畸形波作用下的浮式结构水弹性响应分析

本文基于时域下CFD-FEM方法,在三维粘性数值水池中建立畸形波浪与弹性浮体相互作用的耦合数值模型。基于JONSWAP波浪谱的组合聚焦模型,采用推板造波方法,模拟数值水池中畸形波波浪的生成。流场区域采用CFD方法求解,得到流场中的速度场与压力场的变化;浮体结构采用FEM方法进行计算,获得结构内各节点的垂向位移变化情况,数值方法可以准确地模拟所期望的畸形波以及分析弹性浮板的水弹性响应。计算结果表明,聚焦波的浪向、聚焦位置和频带宽度对浮板的水弹性响应均有较大影响。     

三维水弹性分析中不规则频率消除及在船舶上的应用

三维水弹性力学是求解浮体和波浪流固耦合作用的重要方法,在求解时存在不规则频率的问题,这些不规则频率的存在会对高频波激振动响应的判断和二阶波浪力的精确计算产生影响。论文采用在水线面建立网格和扩展边界积分方程的方法来消除不规则频率。通过圆柱形浮体的计算,验证该方法在三维水弹性响应计算中的有效性。在此基础上,将该方法应用于一艘散货船,对比了不规则频率处理前后的水动力系数,并给出了船体的水弹性响应。计算结果表明,将不规则频率消除方法应用于三维水弹性响应的计算,可以获得更好的结果,显著改善不规则频率点处的水弹性响应。     

结构刚度变化对船舶水弹性响应的影响

水弹性力学是研究水动力、惯性力和弹性力之间相互作用的力学分支。本文利用三维线性频域水弹性程序计算了某船在单位幅值正弦规则波中的水弹性响应 ,在结构质量分布不变的前提条件下 ,研究了结构刚度变化对结构水弹性响应的影响 ,得到了一些很有价值的结论。     

基于离散模块梁单元水弹性理论的复杂连接处建模方法

[目的]在离散模块?梁单元(DMB)水弹性理论框架下,提出针对连接形式复杂的超大型浮体结构(VLFS)的新的建模方法,并与已有方法进行对比分析.[方法]首先,概述基于DMB的水弹性分析方法,给出求解连续VLFS结构在波浪作用下的动力响应步骤;然后,针对VLFS复杂连接处进行建模,通过定义连接处的刚度矩阵,对与连接处相邻...     

THAFTS在大型散货船水弹性响应中的应用

随着船舶主尺度的增加,在进行船舶运动与波浪载荷分析时,为了考虑船体弹性变形与流体运动的相互作用,有必要采用水弹性分析方法。采用中国船舶科学研究中心开发的三维水弹性软件THAFTS对大型散货船的水弹性响应进行研究。首先,采用有限元方法分析了船体在真空中的固有频率和振型;然后基于模态叠加原理,计算了船体在波浪中的运动和水弹性响应,并讨论了航速对波浪载荷的影响;最后探讨了波激振动对船体结构疲劳损伤的影响,所得结论对于大型船舶的结构设计具有重要的参考价值。     

深海系泊浮体物面非线性时域耦合动力分析

文章基于三维时域势流理论和弹性细长杆理论,研究并提出了深海系泊浮体物面非线性时域耦合动力分析方法。该方法采用时域物面非线性理论方法在瞬态位置直接时域模拟系泊浮体所需水动力,结合有限元方法计算系泊缆索的动力响应,利用异步耦合方法实现浮体和系泊缆索的时域耦合动力求解。既满足系泊浮体时域水动力耦合,又满足系泊浮体和系泊缆索动力耦合。通过对二阶非线性不规则波作用下深海系泊半潜式平台的时域耦合响应特性进行研究,将不同海况下物面非线性时域耦合静力响应和动力响应与间接时域耦合动力响应的三种方法计算结果进行比较。研究结果表明,系泊缆索动力响应明显,平台瞬态空间位置对垂荡低频运动影响较大,有必要在平台瞬时湿表面采用动力响应方法进行深海系泊浮体时域耦合响应分析。     

一维弹性结构在理想流体中的模态特性研究

为研究一维弹性结构在理想流体中的模态特性,建立了流固耦合振动模型。基于流体无旋、无粘不可压缩的假设,求解流体域内的速度势,根据流场分析得到水压力,将脉动水压力加载在结构表面,得到结构在水中的振动方程,并利用瑞利-利兹法求解得到圆柱梁在水中振动的固有频率和振型。在此基础上,基于应变测试对水池中的悬臂梁结构进行了模态识别,实验结果与计算结果相当吻合。研究发现,由于附连水质量的影响,弹性结构在水中的固有频率低于其在空气中的,其振型与空气中的形状基本一致,但其节点会向自由端偏移。     

铰接多浮体耦合解析计算

利用Lagrange方程求解波浪作用下的铰接多浮体结构运动响应.基于二维微幅波理论,将流场分成若干子区域,在每个子区域内将速度势用特征函数展开,在各区域边界上进行速度势及水平速度的匹配并结合运动方程耦合求解速度势中的系数及结构响应值.计算与实验结果的比较表明,所采用的计算方法是合理的,可以为研究波浪与铰接多浮体相互作用作为参考.     

箱式超大型浮体在不平底部海域中的水弹性响应

采用作者们(2007)提出的函数展开法描述箱式超大型浮体漂浮在不平底部海域中的水弹性响应问题.将速度势沿静水面位置展开,其系数是水平位置的函数.根据速度势满足拉普拉斯方程就可将这些系数简化到只有两个未知函数.海底条件和平板动力学方程或联合的自由面条件可以分别在Ⅰ区和Ⅱ区建立两个方程用于确定这两个未知函数.不同区域的解要在公共界面上进行匹配.在求解水弹性问题时,展开法必须要截断,从原理上来说,保留的项数越多,其解可以适用于更高阶的kh,其中k是波数,h是水深.作为一个例子,文中给出了只保留一项的结果,而这正好是人们所熟悉的浅水方程.     

高架索航行补给中船舶在波浪中的运动性能研究

采用三维势流理论计算高架索航行补给中两船在波浪中的运动响应,将船体周围流场速度势分解为波浪入射势、自身绕射势、相邻船体的存在产生的绕射势、自身辐射势和相邻船体运动产生的辐射势,通过源汇分布法进行求解;对高架索索道上的恒定张力在耦合方程中表示为高架索瞬时张力系数矩阵;求解两船体在规则渡中的联立运动方程可得两船的运动响应.通过计算结果与高架索航行补给中两船运动响应的试验结果进行比较,吻合良好,说明文中的计算方法是可行的,在此基础上,对不同高架索恒定张力和不同浪向角条件下的接受船运动幅值响应进行计算并讨论.最后得出结论.