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船舶运动与波浪载荷计算的非线性方法研究

结构强度计算方法的不断进展对外载荷计算提出了更高的要求。本文工作的主要目的是为船体部分舱段或全船结构有限元分析以及船体强度估算提供一种实用、合理的外载荷计算方法。基于目前造船界广泛应用的切片理论做进一步的改进和完善是本文的核心内容,主要开展了以下几部分工作:1.关于二维扰动流场的求解:将通常仅适宜求解具有对称形状二维物体扰动流场的多极展开法(保角变换方法)扩展至非对称形状二维物体,给出了任意形状二维物体的辐射和绕射流场的速度势及水动压力的频域解,进一步扩大了多极展开法的实际应用范围。2.关于线性切片理论:线性切片理论本身已经发展成熟,但已有的基于线性切片理论的船舶运动与波浪载荷预报软件系统存在着某些不足之处,在短波长情况下,往往不能给出合理的结果。本文提出了一些针对性的改进措施,使之在短波长情况下也能给出满足工程需要精度的结果。这里提出的改进措施无论对非线性方法还是线性方法都具有普遍意义,目的是为了提高数值计算的精度。3.关于水  (本文共140页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工程大学
哈尔滨工程大学

高速船舶运动与波浪载荷计算的二维半理论研究

高速船舶运动和波浪载荷响应计算方法研究对于高性能船舶的耐波性预报和船体结构设计具有重要意义。近几年发展起来的二维半理论特别适合于排水型高速船舶运动和载荷响应预报。二维半理论定解问题在自由面条件中保留了高速船舶流体动力计算最为重要的航速效应;同时定解问题满足二维控制方程,仅需在各个船体横剖面上求解拉普拉斯方程,计算效率大大高于三维有航速方法。本文围绕应用二维时域格林函数方法求解二维半理论定解问题,对高速船舶的水动力特性、运动和载荷响应进行了计算,同模型试验结果和S.T.F.方法进行了比较研究。本文目的是考察该方法在高速船舶水动力预报上的适用性,促进其应用于工程实际。本文主要在以下几个方面开展了工作。1.在前人应用时域格林函数方法求解高速船垂向运动的二维半定解问题基础之上,本文进一步应用该模型求解斜浪中高速单体和多体船的运动响应和波浪载荷。经过数值比较分析,本文提出了一种稳定的水动力系数计算格式,避免了速度势数值微分带来的数值误差,...  (本文共197页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国舰船研究院
中国舰船研究院

三维时域非线性波浪载荷计算方法研究

艏艉部有大外飘的船舶高速航行时,其遭受的波浪载荷呈现明显的非线性。线性势流理论无法反映出这些非线性特性,有必要对非线性势流理论展开研究。诸多文献研究表明,物面变化给载荷带来的非线性是相当重要的,基于此本文采用了一种考虑静水恢复力和入射力非线性的计算方法。该方法将静水恢复力和入射力沿船体瞬时湿表面积分,而辐射力和绕射力沿船体平均湿表面积分。该方法相当程度上反映了载荷的非线性特性,不需要每一时刻重新划分网格,格林函数只需计算一次,计算效率较高。本文采用混合源法求解船体表面的速度势,该方法同时使用了Rankine源与自由面格林函数。Rankine源的计算采用了区分近场和远场的方法;自由面格林函数的计算比较复杂,本文采用了级数/渐进展开的方法进行计算,并给出了具体算例。分别采用时域线性方法、时域非线性方法和WASIM软件对一艘集装箱船和一艘散货船进行了波浪中运动和载荷预报。计算结果表明,小波高下非线性方法和线性方法计算结果基本一致。另外...  (本文共107页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工程大学
哈尔滨工程大学

非线性波浪载荷作用下多种应力成份组合的船体结构疲劳强度分析

随着船舶结构疲劳强度的问题日益突出,对船体结构主要失效模式之一的疲劳破坏的研究也就成为当前的一个热点研究方向。本文的主要目的是研究非线性波浪载荷作用下多种应力成份组合的船体结构疲劳损伤计算。为此,文中着重在下列几个方面进行了探讨。首先,采用切片理论计算作用于船体结构上的线性波浪载荷(包括剖面弯矩及水动压力),按照谱分析法得到各个短期波浪诱导总应力(包括总弯曲应力及局部弯曲应力)范围的短期分布,应用S-N曲线和线性累积损伤理论分析船体结构在线性波浪载荷作用下多种应力成份组合的疲劳损伤。并在此基础上提出了在寿命期中对各工况分别引入一个等效规则波和对长期引入一个总的等效规则波这二种计算在线性波浪载荷作用下多种应力成份组合的船体纵向构件疲劳损伤的简化方法。其次,在时域内计算船体总纵弯曲时的非线性波浪载荷,并考虑到船体的局部弯曲,由此得到包含多种应力成份的应力时历。对该应力时历进行雨流计数,并经统计分析获得应力范围和平均应力的二维联合概率...  (本文共143页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工程大学
哈尔滨工程大学

船舶波浪载荷的三维水弹性分析方法研究

在船舶波浪载荷的预报中,随着大尺度、高航速、非常规船舶的出现,以及高强度钢、复合材料等在船舶工程上的应用,以平面流建立起来的二维方法、不计船体弹性效应的刚体模型与仅适用于低海况低航速时的线性假设,逐渐暴露出其局限性。本文主要围绕三维自由面格林函数方法以及三维Rankine源方法,研究并提出一套适合船舶运动与波浪载荷计算的三维非线性水弹性分析方法。本文着重在以下几个方面进行了探讨。首先,对目前较为常用的船体干模态分析方法迁移矩阵法与有限元法进行了比较研究;在二维梁振动模型的基础上结合现有的三维刚性船体湿表面网格划分方法,将船体的二维振动形式向三维扩展,提出了一种快捷的三维弹性体湿表面网格划分方法;为了满足Rankine源方法中在自由面布置奇点的需要,将基于累加弦长的三次参数样条函数的船体湿表面网格划分方法加以拓展,提出了一种圆形自由面网格划分方法。其次,基于三维势流理论,考虑船体结构的弹性变形,在频域内建立了适合求解中、低速航行船...  (本文共144页) 本文目录 | 阅读全文>>

《中国水运(学术版)》2007年06期
中国水运(学术版)

船舶在波浪中大幅度运动和载荷时域预报

一、目的和意义自从傅汝德(Froude)于1861年研究船舶横摇运动以及波浪力以来,船舶运动、外载荷的研究经历了一个多世纪,分析方法和技术手段都有了很大的发展。在船舶设计过程中,船舶运动和波浪载荷预报已成为不可缺少的步骤。在实际海况中,船舶运动受到诸多因素的影响,严重的摇荡运动不仅会影响船舶的运营效率,甚至会造成结构毁损或倾覆失事。研究船舶在波浪中的摇荡运动机理,主要是为设计耐波性能良好的船舶提供可靠的依据。对船舶设计者来说,提供一种合理的、接近实际情况的预报工具是非常必要的。二、工作简介从工程角度来讲,经济、方便是工程师们必须考虑的问题。切片理论正好具有如上优点,切片法较三维计算经济、方便,而且,众多的试验研究和实践也表明,由于船体细长的特点,在许多情况下切片法的计算结果已经能够准确描述船舶的运动。因此,目前切片理论仍是船舶在波浪上运动的计算和预报的一种常规的实用手段。本文基于切片理论,计入一些非线性因素,对传统的切片理论进行...  (本文共2页) 阅读全文>>

《中国造船》1998年01期
中国造船

水面舰船迎浪航行时大幅运动预报的切片算法

(-)概述船舶在波浪上大幅运动的预报需要发展时域非线性计算方法。严格意义上的三维时域非线性计算在理论和数值方面还有不少难点尚未解决,考虑部分非线性因素的三维时域计算模型也由于工作量的原因难以广泛应用于工程实际。将基于切片理论的频域线性预报方法加以扩展,考虑湿表面变化的非线性因素,在时域中求解船舶大幅运动,是一种合理的工程算法“’本文将预报船舶运动和波浪载荷的切片理论加以扩展,应用于有限深水中船舶迎浪航行时大幅纵向运动和波浪载荷的时域求解。预报结果体现出考虑了湿表面变化后引起的船舶运动和受力的非线性性质。给出的计算方法简便、实用,适用于船舶纵向大幅运动预报,对船舶设计阶段的耐波性能评估具有工程实用价值。(二)坐标系固定坐标系:o。x。y。z。,o。x。y。为原静水面,浪向为一o。x。方向。参考坐标系:。xyz,以航速了。运动的平动系(惯性系),0x与航速U。方向一致,Oxy也在原静水面。随船动坐标系:正如,固定在船上,当船处于静平...  (本文共10页) 阅读全文>>