本文關(guān)鍵詞：船體結(jié)構(gòu)砰擊載荷的計(jì)算研究

  更多相關(guān)文章： 砰擊壓力 ALE算法 仿真模擬 附加質(zhì)量 破波

【摘要】：流體和結(jié)構(gòu)的相互砰擊問(wèn)題普遍存在于船舶與海洋工程領(lǐng)域。被砰擊的船體局部區(qū)域結(jié)構(gòu)可能會(huì)發(fā)生屈曲破壞,瞬時(shí)沖擊壓力非常強(qiáng)大的狀況下可能引起船體變形甚至解體。在實(shí)際應(yīng)用中研究船體結(jié)構(gòu)在工作環(huán)境下所受砰擊壓力規(guī)律很有必要。本文在查閱了很多文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,對(duì)砰擊問(wèn)題的概念、分類(lèi)以及國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究進(jìn)展情況進(jìn)行了介紹。本文用理論分析和數(shù)值模擬兩種方法研究了流體與結(jié)構(gòu)相互砰擊的現(xiàn)象及其一般規(guī)律。首先重新將砰擊類(lèi)型定義為兩類(lèi),第一類(lèi)砰擊中水質(zhì)點(diǎn)初始時(shí)刻速度為零,典型問(wèn)題為結(jié)構(gòu)入水砰擊;第二類(lèi)砰擊中水質(zhì)點(diǎn)初始時(shí)刻速度不為零,例如船舶在波浪中運(yùn)動(dòng)時(shí)船首尾遭遇波浪砰擊。針對(duì)第一類(lèi)砰擊,本文在ALE方法的基礎(chǔ)上,前后處理和中間計(jì)算采用大型分析軟件LS-DYNA,依次進(jìn)行建模、計(jì)算和分析,有效地模擬了某高速艇船底二維楔形體結(jié)構(gòu)的砰擊入水和首部龍骨處的平底結(jié)構(gòu)的砰擊入水,仿真結(jié)果同時(shí)和實(shí)驗(yàn)值、SPH法模擬數(shù)據(jù)對(duì)比一致。另外,對(duì)影響入水分析的各種因素諸如入水速度、結(jié)構(gòu)材料、板子厚度以及入水角度等分別進(jìn)行對(duì)比計(jì)算,并對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了討論和分析。針對(duì)第二類(lèi)砰擊,在普通切片理論的基礎(chǔ)上,依據(jù)數(shù)值模擬波浪中船舶運(yùn)動(dòng)時(shí)歷的方法,給出了不規(guī)則波中船體艏部切片的結(jié)構(gòu)波浪相對(duì)空間位置,相應(yīng)位置上波面形態(tài),相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的預(yù)報(bào),考慮波浪的非線性影響,對(duì)波前陡度進(jìn)行修正,再運(yùn)用波浪砰擊壓力與結(jié)構(gòu)表面水的附加質(zhì)量變化率之間的關(guān)系,利用Math CAD編制了相關(guān)程序,對(duì)破波作用在某FPSO船艏外飄結(jié)構(gòu)的砰擊壓力實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào),并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較,驗(yàn)證了程序具有正確性和穩(wěn)定性。文章的工作促進(jìn)了對(duì)流體結(jié)構(gòu)砰擊問(wèn)題的理解,完善了流固砰擊載荷的計(jì)算方法,得出了一些砰擊力作用形式和大小方面有實(shí)際用處的結(jié)論,對(duì)于船舶結(jié)構(gòu)以及一些離岸工程結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義,另外也指出了存在的不足和需要深入的研究方向。
【關(guān)鍵詞】：砰擊壓力 ALE算法 仿真模擬 附加質(zhì)量 破波
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：U661.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 緒論8-16
• 1.1 課題研究的目的和意義8-10
• 1.2 砰擊問(wèn)題研究方法10
• 1.3 砰擊問(wèn)題國(guó)內(nèi)外研究概述10-14
• 1.3.1 理論公式推導(dǎo)10-11
• 1.3.2 數(shù)值模擬研究11-12
• 1.3.3 物理模型實(shí)驗(yàn)研究12-14
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容14-16
• 第2章 船體結(jié)構(gòu)砰擊響應(yīng)計(jì)算公式推導(dǎo)16-32
• 2.1 ALE法應(yīng)用基礎(chǔ)16-17
• 2.2 ALE方法分析船底結(jié)構(gòu)入水響應(yīng)過(guò)程推導(dǎo)17-22
• 2.2.1 液面晃動(dòng)的計(jì)算17-21
• 2.2.2 入水響應(yīng)的計(jì)算21-22
• 2.3 流固砰擊耦合效應(yīng)分析22-27
• 2.3.1 計(jì)算流固動(dòng)力作用22-24
• 2.3.2 結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析24-26
• 2.3.3 流固耦合方程26-27
• 2.4 船艏破波砰擊載荷近似計(jì)算模型建立27-31
• 2.4.1 破波水動(dòng)壓力公式推導(dǎo)27-29
• 2.4.2 波浪非線性的討論29
• 2.4.3 圓柱體表面砰擊壓力計(jì)算29-31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 第3章 船底結(jié)構(gòu)入水砰擊載荷仿真計(jì)算32-56
• 3.1 軟件ANSYS/LS-DYNA概要32-35
• 3.1.1 計(jì)算的穩(wěn)定性32-34
• 3.1.2 無(wú)反射邊界條件34-35
• 3.2 二維楔形體入水砰擊時(shí)的數(shù)值模擬35-41
• 3.2.1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/span>35
• 3.2.2 有限元模型35-36
• 3.2.3 數(shù)值結(jié)果分析36-39
• 3.2.4 自由液面的變化和飛濺效應(yīng)39-41
• 3.3 入水過(guò)程分析41-45
• 3.3.1 結(jié)構(gòu)受力分析41-43
• 3.3.2 流場(chǎng)的變化情況分析43-45
• 3.4 結(jié)果和討論45-50
• 3.4.1 入水速度對(duì)結(jié)果的影響45-46
• 3.4.2 結(jié)構(gòu)材料對(duì)結(jié)果的影響46-47
• 3.4.3 板子厚度對(duì)結(jié)果的影響47-48
• 3.4.4 入水角度對(duì)結(jié)果的影響48-50
• 3.5 二維平底結(jié)構(gòu)入水砰擊時(shí)的數(shù)值模擬50-54
• 3.5.1 有限元模型51-52
• 3.5.2 數(shù)值結(jié)果分析52-54
• 3.5.3 自由液面的變化和飛濺效應(yīng)54
• 3.6 本章小結(jié)54-56
• 第4章 船艏結(jié)構(gòu)破波砰擊載荷計(jì)算研究56-68
• 4.1 引言56-57
• 4.2 船體在波浪中的運(yùn)動(dòng)計(jì)算57-59
• 4.2.1 隨機(jī)波波形模擬57
• 4.2.2 船舶的垂蕩、縱搖和縱蕩運(yùn)動(dòng)求解57-59
• 4.3 船波相對(duì)速度的計(jì)算59-60
• 4.3.1 圖譜修正法59-60
• 4.3.2 水質(zhì)點(diǎn)速度和加速度的計(jì)算60
• 4.3.3 水平相對(duì)速度計(jì)算60
• 4.4 船艏表面附加質(zhì)量的計(jì)算60-62
• 4.5 船艏表面砰擊壓力計(jì)算62-65
• 4.6 程序計(jì)算結(jié)果討論65-66
• 4.7 本章小結(jié)66-68
• 結(jié)論68-70
• 參考文獻(xiàn)70-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文75-77
• 致謝77

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：661075