發(fā)布時(shí)間：2020-10-19 13:45

　　 對(duì)于超大型集裝箱船、大型驅(qū)逐艦、航母等具有大外飄的船舶,在高海況下易產(chǎn)生因大幅船波相對(duì)運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致的砰擊現(xiàn)象,由此產(chǎn)生高頻顫振響應(yīng)使得船體遭受的非線性波浪載荷幅值和總循環(huán)次數(shù)增加,會(huì)對(duì)該類(lèi)船舶結(jié)構(gòu)的總彎曲強(qiáng)度構(gòu)成威脅,已引起海事界的極大關(guān)注。IACS關(guān)于集裝箱船縱總強(qiáng)度給出的統(tǒng)一要求UR S 11A中部分考慮了砰擊顫振對(duì)船體強(qiáng)度影響,ABS、DNVGL、CCS等船級(jí)社分別給出了考慮砰擊顫振對(duì)船體強(qiáng)度影響的評(píng)估指南,以上要求或指南一般僅給出了計(jì)算要求和計(jì)算過(guò)程描述,沒(méi)有給出詳細(xì)算法和有效的計(jì)算工具;軍規(guī)中對(duì)于大外飄艦船設(shè)計(jì)載荷的確定目前仍主要基于經(jīng)驗(yàn)公式,不足以反映具體船型的載荷和結(jié)構(gòu)特性。在該類(lèi)大外飄船舶的設(shè)計(jì)評(píng)估中,為合理考慮砰擊顫振對(duì)載荷響應(yīng)及結(jié)構(gòu)安全性的影響,需要研究計(jì)及砰擊顫振的載荷響應(yīng)計(jì)算方法,開(kāi)發(fā)計(jì)算效率和穩(wěn)定性具備工程實(shí)用性的數(shù)值計(jì)算軟件�；谝陨夏繕�(biāo),本文開(kāi)展了大外飄船舶二、三維混合時(shí)域非線性水彈性計(jì)算方法研究,進(jìn)行了大外飄船舶波浪載荷模型試驗(yàn)研究,提出了大外飄船舶非線性設(shè)計(jì)載荷確定方法,給出了考慮船體彈性效應(yīng)的強(qiáng)度評(píng)估方法,主要研究工作如下:1)以經(jīng)典的三維結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)和勢(shì)流理論為基礎(chǔ),根據(jù)水動(dòng)力成分的占比大小,結(jié)合二維、三維勢(shì)流計(jì)算的優(yōu)勢(shì),將三維時(shí)域水彈性基礎(chǔ)理論加以擴(kuò)展,建立了有航速大外飄船舶時(shí)域非線性水彈性理論計(jì)算方法。在三維瞬時(shí)濕表面上計(jì)算考慮非線性修正后的入射波壓力、流體靜壓力,通過(guò)頻域水動(dòng)力系數(shù)與時(shí)域水動(dòng)力系數(shù)之間的關(guān)系,計(jì)及不規(guī)則波中不同子波貢獻(xiàn)和響應(yīng)的記憶效應(yīng),給出任意波浪形式的輻射、繞射力非線性修正,結(jié)合考慮大幅運(yùn)動(dòng)下劇烈船波相對(duì)運(yùn)動(dòng)的實(shí)用砰擊、上浪載荷計(jì)算方法,通過(guò)時(shí)域求解算法的改進(jìn)提高時(shí)歷模擬的效率,并對(duì)斜浪工況下的橫向運(yùn)動(dòng)發(fā)散情況進(jìn)行控制,據(jù)此編制了相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算程序。以顫振響應(yīng)Benchmark研究中的4400TEU集裝箱船為算例船,開(kāi)展數(shù)值驗(yàn)證。通過(guò)算例計(jì)算與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比,證實(shí)了模型試驗(yàn)中的“倍頻”現(xiàn)象,驗(yàn)證了大外飄船時(shí)域非線性水彈性理論計(jì)算方法的正確性與適用性�？紤]非線性的理論計(jì)算對(duì)于參數(shù)選取較為敏感,為提高理論計(jì)算方法在工程實(shí)際應(yīng)用中的適用性和穩(wěn)定性,對(duì)計(jì)算參數(shù)的選擇作了較為細(xì)致的探討。2)較為詳細(xì)地介紹了考慮結(jié)構(gòu)動(dòng)力相似的船模試驗(yàn)的相似關(guān)系及基于此的試驗(yàn)?zāi)Ｐ头诸?lèi),對(duì)國(guó)內(nèi)外水彈性模型試驗(yàn)方法進(jìn)行分類(lèi)比較,分析主流試驗(yàn)方法的優(yōu)劣,綜合考慮選定變截面分段龍骨梁模型作為試驗(yàn)對(duì)象,就其設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)、方法步驟以及試驗(yàn)前的準(zhǔn)備作內(nèi)容作以細(xì)致描述,給出了關(guān)于集裝箱船多載荷分量測(cè)量的考慮及建議。借助試驗(yàn)過(guò)程中數(shù)據(jù)處理算法的介紹,針對(duì)本文模型試驗(yàn)和國(guó)際上的公開(kāi)船模試驗(yàn)與時(shí)域非線性水彈性理論計(jì)算方法計(jì)算結(jié)果的響應(yīng)時(shí)歷及頻譜分析對(duì)比,驗(yàn)證了理論方法和數(shù)值計(jì)算程序的正確性和有效性,分析了“倍頻”現(xiàn)象產(chǎn)生的原因、非線性波浪彎矩隨波高及航速的變化規(guī)律、不規(guī)則波中載荷幅值的統(tǒng)計(jì)特性、阻尼對(duì)高頻彎矩成分的影響等。3)以時(shí)域非線性水彈性理論計(jì)算方法為基礎(chǔ),針對(duì)給定的目標(biāo)艦船,提出基于非線性長(zhǎng)短期預(yù)報(bào)的設(shè)計(jì)載荷計(jì)算方法、非線性設(shè)計(jì)波法和非線性設(shè)計(jì)海況法,用于確定設(shè)計(jì)載荷,給出海況篩選的實(shí)用方法和設(shè)計(jì)海況的確定方法,并將三種方法的計(jì)算結(jié)果與規(guī)范值、試驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比分析,得出有實(shí)際意義的結(jié)論�？蔀榛诖敖Y(jié)構(gòu)直接計(jì)算法的船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論支撐,并為船級(jí)社的技術(shù)指導(dǎo)文件對(duì)應(yīng)的直接計(jì)算工具開(kāi)發(fā)維護(hù)提供保障,使之更為合理和完善。4)通過(guò)疲勞損傷計(jì)算的基本方法與原則的介紹,結(jié)合國(guó)際研究熱點(diǎn),以三維線性頻域水彈性計(jì)算結(jié)果和譜分析法、時(shí)域非線性水彈性理論計(jì)算時(shí)歷和雨流計(jì)數(shù)法為基礎(chǔ),計(jì)算得到考慮砰擊顫振和考慮波激振動(dòng)、砰擊顫振聯(lián)合影響的疲勞損傷�；诙嗉掖�(jí)社規(guī)范中相關(guān)內(nèi)容的規(guī)定,計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、考察、分析了航速、浪向、裝載、海況等對(duì)總體疲勞計(jì)算結(jié)果的影響,可據(jù)此進(jìn)行一些計(jì)算工作上的簡(jiǎn)化。直接計(jì)算結(jié)果和規(guī)范計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析得出的結(jié)論及計(jì)算建議,可為大外飄船舶考慮船體彈性效應(yīng)的疲勞強(qiáng)度評(píng)估提供理論及技術(shù)支撐。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：U661.4
【部分圖文】：

Ｆｉｇ．２．２?Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｆｌｕｉｄ?ｄｏｍａｉｎ?ａｎｄ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ??間固定坐標(biāo)系和參考坐標(biāo)系存在如下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系式：??ｘ０?ｃｏｓ?Ｐ?－ｓｉｎ／？?０?ｘ?七Ｕｔ?（ｘ?ｆ?ｘｂ??＾?ｙ〇?＞＝?ｓｉｎＰ?ｃｏｓｙｆｆ?０?”?ｙ?＞?＜?ｙ?＞＾＜?ｙｈ?＞ｚ０Ｊ?０?０?１?ｚ?［ｚ?ｚｂ－＼－ｚＧ??便推導(dǎo)，暫略去浪向角的影響（主要的困難在于求解因物體自身的運(yùn)動(dòng)生的輻射問(wèn)題），于是簡(jiǎn)化關(guān)系如下：??ｘ０?＾ｘ?＋?Ｕ０ｔ，ｙＱ＝ｙ，ｚ０＝ｚ，Ｗ＾?＝ＶＸ??＇?！?２?＿Ｕ?±ｄｔ?＾?ｄｔｘ?°ｄｔｘ??時(shí)濕表面下波浪主干擾力和靜水回復(fù)力的非線性表達(dá)??入射波浪模型??則波入射波浪選�。粒椋颍�，波幅為＆，波浪自然圓頻率為叫，波數(shù)為Ａ；。。，空間固定坐標(biāo)系下入射波的速度勢(shì)可以表示為：??

第２章大外飄船時(shí)域非線性水彈性理論計(jì)算方法??同時(shí)表２．１中將文獻(xiàn)中與本文方法計(jì)算得到的保角變換系數(shù)列表對(duì)比。由圖２．３中的對(duì)??比結(jié)果可知，保角變換反推回的型值與原剖面吻合良好。??本節(jié)針對(duì)８?jìng)�(gè)不同吃水、形狀的剖面（剖面形狀如下圖２．４所示）采用上述兩種方??法進(jìn)行了三參數(shù)保角變換，并將結(jié)果對(duì)比如下表２．２所示。??表２．１保角變換系數(shù)對(duì)比??

Ｆｉｇ．２．５?Ｔｉｍｅ?ｓｅｒｉｅｓ?ｏｆ?ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ??關(guān)于延遲函數(shù)的計(jì)算，其中涉及三維高頻頻域水動(dòng)力系數(shù)的計(jì)算，進(jìn)而采用（２－４７）??式進(jìn)行變換以得到延遲函數(shù)時(shí)歷。三維高頻水動(dòng)力系數(shù)的計(jì)算有著非常多實(shí)用方面的原??因，如間接時(shí)域方法將頻域水動(dòng)力系數(shù)轉(zhuǎn)換到時(shí)域、評(píng)估船體的彈振響應(yīng)等。眾所周知，??現(xiàn)有的基于高頻、低速假設(shè)而用遭遇頻率代替計(jì)算水動(dòng)力系數(shù)的方法（采用頻域無(wú)航速??格林函數(shù)、常值面元法）本身在計(jì)算高頻水動(dòng)力系數(shù)方面是存在困難和挑戰(zhàn)的，如：１）??遭遇頻率超過(guò)４．０ｒａｄ／ｓ；?２）計(jì)算面元數(shù)超過(guò)１５０００；?３）計(jì)算時(shí)長(zhǎng)；４）不規(guī)則頻率帶來(lái)的??結(jié)果可靠性問(wèn)題等。??然而，并非水動(dòng)力網(wǎng)格劃分的越密，高頻水動(dòng)力系數(shù)計(jì)算就越光順，但需要指出，??高頻水動(dòng)力系數(shù)的計(jì)算直接影響間接時(shí)域的計(jì)算結(jié)果精度。??上述問(wèn)題的存在，使得在考慮采用間接時(shí)域計(jì)算方法時(shí)，必須要考慮在何頻率處將??水動(dòng)力系數(shù)截?cái)�，然而通過(guò)作者對(duì)大量船舶水動(dòng)力系數(shù)的計(jì)算發(fā)現(xiàn)，各水動(dòng)力系數(shù)的首??個(gè)不光順點(diǎn)在不同水動(dòng)力系數(shù)曲線上并不對(duì)應(yīng)同一頻率值，這使得統(tǒng)一采用某個(gè)固定頻??率對(duì)水動(dòng)力系數(shù)截?cái)嗵幚聿豢尚�。同時(shí)，作者同樣考慮過(guò)采用數(shù)據(jù)擬合的方法將水動(dòng)力??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2847287