船舶在航行過程中,無可避免地會(huì)發(fā)生船體砰擊。對(duì)于大型船和高速船而言,在航行過程中往往會(huì)承受著巨大的砰擊壓力載荷。強(qiáng)烈的砰擊不僅會(huì)造成儀器失靈、船員受傷,甚至可能導(dǎo)致船舶結(jié)構(gòu)破損事故的發(fā)生。因此,根據(jù)船型的具體特點(diǎn)準(zhǔn)確預(yù)報(bào)外飄砰擊載荷,具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。而與無限水深環(huán)境相比,限制水域所帶來的壁面效應(yīng)會(huì)造成更大的砰擊壓力,但相關(guān)的研究卻較少。因此,本文以計(jì)算流體力學(xué)為基礎(chǔ),對(duì)船體結(jié)構(gòu)在限制水域下的入水砰擊做了如下研究:1.通過仿真模擬軟件對(duì)斜升角為45°的楔形體進(jìn)行入水砰擊數(shù)值模擬,計(jì)算了三種入水速度下楔形體的砰擊壓力特性,通過與試件實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,驗(yàn)證了數(shù)值模擬方法的有效性。然后在這基礎(chǔ)上,為了分析底壁面效應(yīng)和側(cè)壁面效應(yīng)的影響,以及球鼻艏對(duì)楔形體結(jié)構(gòu)入水過程的流體分離影響,對(duì)尖底外飄船艏結(jié)構(gòu)和圓底外飄船艏結(jié)構(gòu)作入水砰擊數(shù)值模擬,為大外飄船艏結(jié)構(gòu)的壓力數(shù)值預(yù)報(bào)和船型優(yōu)化提供參考。2.針對(duì)30°圓錐和45°帶圓柱型后體圓錐在有限水深環(huán)境下的入水砰擊過程,進(jìn)行數(shù)值模擬。通過對(duì)這種三維軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)物的計(jì)算和研究,為進(jìn)一步研究KCS船船艏結(jié)構(gòu)砰擊問題和救生艇整船結(jié)構(gòu)砰擊問題提供有意義的參考... 

【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：95 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

常見的

第二章基本理論9圖2-1二維楔形體入水砰擊理論示意圖假設(shè)楔形體在入水前的瞬時(shí)速度為0V，當(dāng)入水深度為dY時(shí)的垂向速度為V，楔形體單位長(zhǎng)度質(zhì)量為M，每單位長(zhǎng)度的附加質(zhì)量為m，在忽略重力、阻力以及浮力等因素率的影響后，根據(jù)動(dòng)量守恒定理，可以得到：MVVmM0(2-1)對(duì)公式(2-1)進(jìn)行微分求解后，可以得到楔形體在發(fā)生入水砰擊過程中的某一個(gè)瞬時(shí)時(shí)刻結(jié)構(gòu)外表面斜面所受到的沖擊力F：dtdmMmVdtdmVF201(2-2)而在這一時(shí)刻，楔形體的瞬時(shí)加速度為dtdmMmMVdtdVdtyd20221(2-3)由公式(2-2)和(2-3)可得，在楔形體的入水砰擊過程中，結(jié)構(gòu)外表面沖擊力以及沖擊加速度與z軸方向入水速度V0、瞬時(shí)附加質(zhì)量m及其關(guān)于時(shí)間的一階導(dǎo)tmdd相關(guān)。當(dāng)結(jié)構(gòu)物的z軸方向入水速度和附加質(zhì)量關(guān)于時(shí)間的一階導(dǎo)的數(shù)值都比較大的時(shí)候，結(jié)構(gòu)外表面也會(huì)承受著巨大的沖擊力，從而使結(jié)構(gòu)加速度產(chǎn)生突變。針對(duì)船體結(jié)構(gòu)中首部位置的入水砰擊問題，將該理論用于求解是可行的。但是，動(dòng)量守恒定理只能應(yīng)用于計(jì)算在楔形體結(jié)構(gòu)的瞬時(shí)外表面沖擊力，無法求解處楔形體外表面的砰擊壓力分布情況，所以需要應(yīng)用流體力學(xué)的處理方法來解決入水砰擊問題。假定水為理想的不可壓縮流體，楔形體垂直下落進(jìn)入到計(jì)算水域當(dāng)中，在整個(gè)砰擊過程的初始時(shí)刻自由液面保持靜止，且楔形體入水砰擊所引起的流體流動(dòng)無旋，則流場(chǎng)速度勢(shì),,tyx滿足拉普拉斯方程：

第二章基本理論11322021tanMllVdtdmVF(2-12)平均壓力：322021tan2MllVp(2-13)最大壓力：cot2020maxVlp(2-14)由式(2-14)可得，當(dāng)楔形體的斜升角0時(shí)，會(huì)導(dǎo)致楔形體的砰擊力F，砰擊壓力p，這顯然是不符合實(shí)際情況的。因此，上式不適合用于小斜升角楔形體入水砰擊的情況。只有當(dāng)入水楔形體的斜升角較大時(shí)，通過上述公式進(jìn)行計(jì)算所得到的計(jì)算結(jié)果才能夠符合實(shí)際工程對(duì)計(jì)算結(jié)果精度和準(zhǔn)確性的要求。2.2.2Wanger平板入水砰擊理論后來，Wanger以VonKarman的理論為基礎(chǔ)，對(duì)其研究進(jìn)行了延伸和拓展。Wanger對(duì)楔形體入水砰擊過程中自由液面的隆起效應(yīng)進(jìn)行了考慮，對(duì)浸濕半寬、附加質(zhì)量以及砰擊力的求解進(jìn)行了改進(jìn)，從而求得楔形體表面的砰擊壓力分布。Wanger把“平板擬合”法應(yīng)用于浸濕半寬的計(jì)算，即采取二維平板模型勢(shì)流近似的方法。具體的二維平板入水砰擊情景如下圖2-2所示，其中，為速度勢(shì)，V為平板入水速度，tL為平板的浸濕半寬。圖2-2Wanger平板入水砰擊理論示意圖假設(shè)水是理想的不可壓縮流體，那么水的加速度遠(yuǎn)大于重力，因而可以不計(jì)重力的影響。平板結(jié)構(gòu)的吃水深度相對(duì)浸濕半寬而言要小得多，則有：

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]波浪作用下三維楔形體入水砰擊數(shù)值模擬[J]. 朱仁慶,陸嘉文,紀(jì)仁瑋,夏淼,李樂飛,韓崢.  艦船科學(xué)技術(shù). 2019(13)
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[5]S-175船關(guān)鍵剖面的入水砰擊模擬[J]. 何廣華,張子豪,武雨嫣,荊芃霖.  哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào). 2019(06)
[6]雙體船砰擊載荷數(shù)值仿真分析[J]. 司海龍,蔣彩霞,徐國(guó)徽.  船海工程. 2018(05)
[7]KCS標(biāo)稱伴流場(chǎng)的尺度效應(yīng)數(shù)值分析[J]. 張海鵬,張東汗,郭春雨,王戀舟,劉恬.  中國(guó)艦船研究. 2017(01)
[8]基于CFD技術(shù)的砰擊載荷強(qiáng)度直接計(jì)算[J]. 楊凡,任慧龍,王建輝,李欣.  船舶工程. 2016(11)
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博士論文
[1]基于CIP方法的物體入水過程研究[D]. 胡子俊.浙江大學(xué) 2018

碩士論文
[1]船艏外飄結(jié)構(gòu)砰擊載荷計(jì)算研究[D]. 王強(qiáng).哈爾濱工程大學(xué) 2017



本文編號(hào)：3535050