超大型集装箱船载荷响应特性的数值研究

相比于散货船、油船等,超大型集装箱船的船体弹性效应,特别是弯扭耦合效应十分明显,本文主要研究弹性效应对目标船所受波浪载荷数值计算结果的影响。本文分别采用了有限元法计算船体弯扭耦合模态和迁移矩阵法计算弯扭不耦合模态。本文基于三维水弹性理论在考虑弯扭耦合效应的条件下,计算分析1艘2万箱级超大型集装箱船的载荷响应特性,并把计算结果和基于刚体假设的载荷计算结果进行对比。本文在不考虑船体弯扭耦合模态下,计算目标船的波浪载荷,并把其与考虑弯扭耦合效应下的结果进行对比。最终得出在计算超大型集装箱船波浪载荷时,弹性效应和弯扭耦合现象不可忽略的结论。     

船体薄壁梁弯扭耦合振动的流固耦合分析

采用耦合有限元,边界元法计算水中船体的弯扭耦合振动.文中用一维薄壁梁有限元模拟船体梁,在横剖面处用二维边界元方法计算结构表面卢压,推导出表征流体对振动特性影响的附加质量阵,编制了用流同耦合方法求解船体振动模态的程序.通过与采用ANSYS软件进行耦合场分析以及刘易斯方法得到的振动模念相比较,验证了文中方法的可行性和应用性.     

船舶在波浪中的水平弯曲——扭转耦合响应水弹性分析

本文以二维反对称水弹性理论分析了大开口船体结构的弯扭耦合响应。分析中船体结构简化为Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁,流体的作用以切片理论来考虑。计算结果和模型试验结果吻合良好,这为大开口船舶的弯扭耦合分析提供了有效简便的计算方法。     

船体弯扭耦合振动计算研究

基于Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁理论和Ｂｅｎｓｃｏｔｅｒ理论,建立了分析船体结构弯扭耦合振动的薄壁梁有限元模型。该模型能考虑翘曲和剪切变形的影响,能精确描述船体薄壁梁的纯弯状态和非均匀扭转,适用于任何形状的船体横剖面。重点讨论了翘曲位移协调问题,提出了新的船体不同剖面形式梁段间的翘曲位移协调方法。本文还讨论了船体薄壁梁计算模型的简化问题。数值算例证实了本文方法的正确性。     

船体结构冰载荷的远场识别方法及试验验证

冰区航行船舶的冰载荷监测系统可实时保障结构安全.常规的冰载荷监测系统通常采用在冰区水线处布置应变传感器进行测量,然而船体结构水线处往往因水密隔舱等密闭结构而难以进入.为克服传感器安装位置的限制,本文提出一种船体外板结构远场冰载荷识别模型.采用狄拉克函数形成监测点载荷-测量点冰激应变间的Green矩阵,并用Picard准则对载荷识别系统的不适定性进行分析.同时,采用共轭梯度最小二乘迭代型算法和移动平均滤波技术提升求解精度及降低噪声信号影响,并将反演模型应用到外板结构的载荷识别试验中,反演的载荷可较好地对应上施加载荷的时域特征且载荷识别精度良好.本文提出的冰载荷识别模型是对原有冰载荷监测方案的扩展,可有效提升监测范围.     

冰-水耦合作用下船舶与浮冰碰撞动响应数值仿真研究

船舶在碎冰区航行时会受到浮冰的碰撞,为了准确模拟浮冰碰撞载荷作用下的船体局部结构承载特征,应当考虑碰撞过程冰-水耦合作用的影响。本文采用瞬态动力学分析程序MSC.Dytran对某水面舰船在碎冰区航行时受浮冰碰撞的动态过程进行数值仿真,得到了受浮冰碰撞下的船体结构响应、碰撞载荷及碰撞过程中的能量转化特征,对浮冰尺度、碰撞位置、舰船航速对船体结构响应及碰撞载荷的影响进行了分析并给出了相应的结论。本文研究工作对于碎冰区航行舰船的载荷确定及结构设计具有重要的参考价值。     

联合载荷作用下的整船有限元分析

本文应用整船三维有限元方法,分析了船体在波浪中航行时受弯扭联合作用下的结构响应,船体所受的联合载荷包括静水弯矩,垂向波浪弯矩,水平波浪弯矩,扭矩及相应的剪力,通过节点力转换的方法,将船体外表面所受的海水压力转化到有限元节点上,通过节点力平衡的处理,将船体所受的联合载荷和重力及惯性力调整到与其所受的三向矩及相应的剪力相平衡。     

不对称船体结构动态特性研究

针对计算常规船舶结构动态特性的方法不适用于计算左右不对称横剖面船体梁动态特性的问题，本文将船体视为薄壁梁并离散成梁段，推导出迁移矩阵法迭代求解不对称船体结构固有及固有振型的公式系统，计算了左右不对称程度不同的梁结构及不对称船 梁的固有频率及振型。指出不对称梁 有振动为弯扭耦合振动，其固有频率与振动型的对应关系与对称梁不同。     

船体冰载荷的反演确定法（英文）

由于船体结构受到的外部载荷及载荷承受能力决定了船体结构的损伤程度，因此船舶在冰区海域航行的安全性与其受到的冰载荷直接相关。本文根据极地科考补给船S.A. Agulhas II的原型测量数据，给出了两种艉肩部冰载荷的反演确定方法：一种为根据试验建立的影响系数矩阵法来确定肋骨处受到的冰载荷，另一种为利用Tikhonov正则化建立的三种离散方式来确定外板区域受到的冰载荷。计算结果表明，这两种方法均能克服数据处理过程中的病态性并得到船体结构的冰载荷。     

大开口船弯扭耦合振动分析

本文探讨了用计及剪切和翘曲影响的薄壁梁有限元方法来计算大开口船弯扭耦合振动的特性,导出了抗扭箱对增加船体扭转附加刚度的计算公式,并作了数值计算和实验研究。按本文方法编制的计算程序,除能进行弯扭耦合振动分析外,还能计算垂向或水平扳动以及扭转振动。     

基于正则化方法的雪龙号破冰船冰载荷反演的研究

冰载荷是船舶在冰区航行中承受的最主要载荷。在冰、船碰撞过程中碰撞位置的随机性较强,导致实船冰载、荷识别方程求解存在着不适定性。论文针对雪龙号破冰船第八次北极走航,布放应变传感器阵列监测冰船作用过程中船体结构的响应,结合船体结构参数,建立测点位置和冰载荷作用位置跨区域的冰载荷反演数学模型,并用Tikhonov正则化方法求解冰载荷。计算结果表明该方法能有效识别冰载荷。将反演的冰载荷与国外相近破冰工况下破冰船承受的冰载荷进行对比,验证了论文使用的方法具有工程可用性。     

船体梁结构强度的非线性有限元分析

对于船体梁结构强度研究采用传统方法分析结果精准度较低,为了解决该问题,提出了基于显式的非线性有限元分析。采用模拟箱型梁边界条件作为边界研究基础,根据船体梁结构受到载荷作用材料易变形性质,对不同条件下的结构稳定情况展开分析,获取边界条件是自由支持的特征信息。利用动态分析方法模拟静力加载过程,并使用显式算法进行求解。在时间上显式船体梁结构前推速度和位移,添加100 N集中力作为参考载荷,引入一阶屈曲模态作为初始扰动,进行非线性极限强度分析,由此获取压杆所能承受最大临界值,完成对船体梁结构强度的非线性有限元分析。通过实验对比结果可知,该方法比传统方法分析结果精准度高,为船舶结构设计提供参考。     

船体结构极限强度模型试验技术研究

船舶结构的极限承载能力是反映船舶结构安全可靠的重要指标,历来受到船舶工程界的广泛关注;而模型试验技术对船体梁极限承载能力研究拥有重要的意义.本文首先对船体极限强度相似模型设计进行研究,提出了稳定性相似模型补偿的设计方法;接着结合多例经典船体梁缩比模型试验与非线性有限元数值仿真计算结果相结合的对船体梁极限承载能力进行预报的案例,分别从相似准则、弯扭组合极限强度、弯剪极限强度等几个不同的侧重点分别对各个案例进行了详细的总结分析;最后列举了本研究组曾开展的其他若干经典极限强度模型试验.为今后船体梁极限承载能力模型试验研究提供了参考.     

非线性波浪载荷在船舶剖面优化中的影响

采用非线性波浪载荷程序对超大型集装箱船在不同船体梁刚度下垂向波浪载荷响应进行理论计算,分析了船体梁刚度对波浪载荷的影响,并给出民船结构优化模型中非线性波浪载荷的计算方法,对比非线性波浪载荷在船体剖面优化中的影响.计算结果显示,船体梁刚度的下降会导致作用在船体梁上的波浪载荷显著增大,考虑波浪载荷影响后,中剖面面积优化效果...     

基于动力效应的船体远场冰载荷测量与识别

[目的]提出一种基于动力效应的冰载荷反演识别方法。[方法]针对船-冰相互作用过程和结构响应特性之间的卷积关系,使用格林函数建立描述冰载荷的卷积积分方程。针对"天恩"号极地运输船的北极航行,安装应变传感器测量船艏区域的冰激响应。对于求解矩阵的病态性与测量中的随机噪声,引入正则化方法解决识别计算中的不适定问题,并获取动冰载荷时程的数值近似稳定解。依托"天恩"号极地运输船的北极航行实测数据,通过船体在海冰作用下的应变响应对冰载荷进行反演识别。[结果]结果表明,格林函数能够有效识别远场冰载荷的时间历程。[结论]载荷识别的有效性受应变信号强度的影响较为明显。此外,在不同海冰破坏模式下,浮冰尺寸和船-冰接触面积是影响冰载荷特征的关键因素。     

基于SPH-FEM算法的浮冰-水-船耦合作用数值模拟方法

针对计算机模拟极地船舶在冰区航行过程中同时受浮冰与海水影响的非线性与随机性等特点,本文将光滑粒子流体动力学与有限单元法耦合算法应用于某LNG船在冰水池试验航行时与浮冰碰撞的动态过程仿真中。阐述其耦合算法的基本理论与实现方法,模拟船舶航行过程中遇到不同密集度的浮冰工况,分别监测船体所受冰阻力的数值,观察浮冰运动情况,分析LNG舶与各密集度浮冰碰撞时阻力随时间变化规律,与经验公式比较。结果表明,该耦合算法模拟的LNG船航行于各浮冰工况符合真实情况,结果具有较高精度,为后续极地船舶的冰载荷研究提供了有力依据。     

基于弯扭耦合的破损船剩余强度评估方法研究

破损舰船的剩余承载能力是检验结构设计合理性的一个重要指标。现有的破损舰船剩余承载能力评估主要考察垂向弯矩,缺乏考虑船体在斜浪状态下结构组合变形的综合影响。文章对破损舰船剩余承载能力评估方法进行了研究。在考虑船体组合变形的影响下,建立了弯扭耦合方程。通过非线性有限元计算,确定结构耦合系数,并在此基础上提出了破损舰船的剩余承载能力的可靠性评估方法。     

大型船舶推进轴系扭振特性仿真和试验

基于多体动力学耦合理论结合有限元理论,以1艘大型船舶为研究对象,建立其推进轴系的刚柔耦合多体动力学仿真模型,对大型低转速推进轴系在工作中的扭振特性进行研究。在仿真计算的基础上,利用扭振测试系统对实船的扭振进行测量,并从多个谐次将轴系扭振的仿真计算值与试验测量值进行对比和分析。分析结果表明,通过仿真计算得到的轴系扭转振动变化趋势与实际测量值基本相符,验证了仿真模型的正确性和可行性。同时,通过Adams/Virbration模块分析了船体变形对轴系扭振的影响,证明了船体变形会导致轴系扭转振动增大。     

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。     

基于剪流分布规律的节点力加载方式在船体结构有限元分析中的应用

船体结构强度评估是船舶建造与设计过程中的重要环节。本文在总结研究现有的船体结构有限元分析加载方式的基础上,提出基于剪流分布规律的节点力加载方式。对于为模拟船体梁载荷而在各剖面处施加的集中力以及为进行强度计算需在各剖面处施加的调整载荷,使用本文方法将其离散至单元网格节点处并于与加载,得到的结果符合船体梁弯曲时的应力分布规律,这对于正确进行船体结构强度评估具有重要意义。给出适用于计算机实施的规格化加载过程,以实现船体结构有限元分析的自动加载过程。