【摘要】：近些年來,隨著船舶主尺度的增大,高強(qiáng)度鋼的使用,船體剛度不斷下降,船體結(jié)構(gòu)在波浪中彈性變形的幅值較之剛體運(yùn)動(dòng)幅值已經(jīng)不可忽略,傳統(tǒng)的波浪載荷理論與現(xiàn)有的船舶規(guī)范在船體運(yùn)動(dòng)與波浪載荷的計(jì)算中逐漸表現(xiàn)出了其局限性。因此,為了對(duì)大型船舶結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全合理地設(shè)計(jì),保證其安全性和可靠性,在大型船舶的運(yùn)動(dòng)性能及結(jié)構(gòu)評(píng)估時(shí)必須要將流體動(dòng)力學(xué)與船體結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)理論相結(jié)合,統(tǒng)一地處理船體彈性變形與流體運(yùn)動(dòng)的相互作用問題。三維水彈性力學(xué)理論在這些方面表現(xiàn)出了越來越廣泛的發(fā)展?jié)摿εc應(yīng)用前景。然而,迄今為止國(guó)內(nèi)外主流的商業(yè)軟件尚不能考慮船體彈性變形的影響,三維水彈性力學(xué)分析軟件THAFTS在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生。本文基于三維水彈性力學(xué)理論與THAFTS軟件體系對(duì)THAFTS在大型船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與疲勞分析中的應(yīng)用展開了研究。首先,建立了大型散貨船與集裝箱船的有限元模型與水動(dòng)力網(wǎng)格模型,給出了船體干結(jié)構(gòu)在真空中的模態(tài)分析結(jié)果,在此基礎(chǔ)上展開了水動(dòng)力系數(shù)、波浪激勵(lì)力、主坐標(biāo)響應(yīng)的計(jì)算工作,并同時(shí)給出了AQWA剛體計(jì)算結(jié)果對(duì)比,討論了航速的影響。其次,對(duì)船體主坐標(biāo)響應(yīng)與船舯剖面載荷幅頻響應(yīng)呈現(xiàn)的波激振動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行了分析研究,討論了航速與浪向?qū)Σふ駝?dòng)的影響,同時(shí)探討了波激振動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生的機(jī)理。第三,針對(duì)船體運(yùn)動(dòng)與剖面載荷進(jìn)行了短期預(yù)報(bào)、長(zhǎng)期預(yù)報(bào),討論了航速對(duì)船體剖面載荷長(zhǎng)期預(yù)報(bào)結(jié)果的影響,并將剖面載荷沿船長(zhǎng)分布的長(zhǎng)期預(yù)報(bào)結(jié)果與CCS規(guī)范結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。最后,建立了考慮波激振動(dòng)的疲勞譜分析法,對(duì)大型散貨船與集裝箱船的疲勞損傷進(jìn)行校核,計(jì)算了典型節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力和疲勞壽命,與傳統(tǒng)的疲勞分析方法得到的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,探討了波激振動(dòng)現(xiàn)象對(duì)船體結(jié)構(gòu)疲勞損傷的影響。綜上,論文基于THAFTS軟件,采用三維水彈性力學(xué)理論,開展了船舶運(yùn)動(dòng)、載荷及疲勞損傷評(píng)估的研究,初步分析了波激振動(dòng)現(xiàn)象對(duì)載荷及疲勞強(qiáng)度的影響,所得結(jié)論為大型船舶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與疲勞分析提供了一定的參考。
【圖文】：

響因子的數(shù)值范圍為 1.1 至 1.3，一般情況下在 1.2 附近；而當(dāng)同時(shí)考慮波激振動(dòng)與顫振對(duì)船體結(jié)構(gòu)疲勞損傷的影響時(shí)，疲勞影響因子的范圍為 1.2 至 1.6，而且疲勞影響因子會(huì)隨著不同的集裝箱船型而發(fā)生變化。1.4 三維水彈性力學(xué)分析軟件 THAFTS 介紹

2.1 計(jì)算對(duì)象參數(shù) 貨船作為一種常規(guī)船舶，現(xiàn)有的規(guī)范在對(duì)船體的強(qiáng)度與疲勞特性進(jìn)行分析時(shí)有考慮其彈性效應(yīng)的影響。為了開展三維水彈性響應(yīng)的研究工作，首先通TRAN 建立了大型散貨船的有限元模型，整船模型的總體坐標(biāo)系采用右手直標(biāo)系，，原點(diǎn)設(shè)在船體中縱剖面內(nèi)尾垂線和基線的交線上，其中 x 軸沿船長(zhǎng)方向船首方向?yàn)檎�；y 軸沿船寬方向，從中心指向左舷為正；z 軸沿船垂向向上基線向上為正。散貨船有限元模型包括整個(gè)船長(zhǎng)，船寬范圍內(nèi)的船體結(jié)構(gòu)包括左右舷在內(nèi)的貨艙區(qū)域、艏艉結(jié)構(gòu)、機(jī)艙、上層建筑等在內(nèi)的所有構(gòu)外，模型中還包含主要支撐構(gòu)件，貨艙區(qū)域的普通構(gòu)件。散貨船有限元模型 3-1，干結(jié)構(gòu)有限元模型包含 31839 個(gè)單元，其中梁?jiǎn)卧?16187 個(gè)。另外，立了水動(dòng)力網(wǎng)格模型，共包含 621 個(gè)面單元，見圖 3-2。大型散貨船的主要及其它主要參數(shù)見表 3-1。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)艦船研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U661

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