本文關鍵詞：船體結構砰擊載荷的計算研究

  更多相關文章： 砰擊壓力 ALE算法 仿真模擬 附加質量 破波

【摘要】：流體和結構的相互砰擊問題普遍存在于船舶與海洋工程領域。被砰擊的船體局部區(qū)域結構可能會發(fā)生屈曲破壞,瞬時沖擊壓力非常強大的狀況下可能引起船體變形甚至解體。在實際應用中研究船體結構在工作環(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的基礎上,對砰擊問題的概念、分類以及國內外在該領域的研究進展情況進行了介紹。本文用理論分析和數值模擬兩種方法研究了流體與結構相互砰擊的現象及其一般規(guī)律。首先重新將砰擊類型定義為兩類,第一類砰擊中水質點初始時刻速度為零,典型問題為結構入水砰擊;第二類砰擊中水質點初始時刻速度不為零,例如船舶在波浪中運動時船首尾遭遇波浪砰擊。針對第一類砰擊,本文在ALE方法的基礎上,前后處理和中間計算采用大型分析軟件LS-DYNA,依次進行建模、計算和分析,有效地模擬了某高速艇船底二維楔形體結構的砰擊入水和首部龍骨處的平底結構的砰擊入水,仿真結果同時和實驗值、SPH法模擬數據對比一致。另外,對影響入水分析的各種因素諸如入水速度、結構材料、板子厚度以及入水角度等分別進行對比計算,并對數值模擬結果進行了討論和分析。針對第二類砰擊,在普通切片理論的基礎上,依據數值模擬波浪中船舶運動時歷的方法,給出了不規(guī)則波中船體艏部切片的結構波浪相對空間位置,相應位置上波面形態(tài),相對運動速度的預報,考慮波浪的非線性影響,對波前陡度進行修正,再運用波浪砰擊壓力與結構表面水的附加質量變化率之間的關系,利用Math CAD編制了相關程序,對破波作用在某FPSO船艏外飄結構的砰擊壓力實現預報,并與實驗結果進行了比較,驗證了程序具有正確性和穩(wěn)定性。文章的工作促進了對流體結構砰擊問題的理解,完善了流固砰擊載荷的計算方法,得出了一些砰擊力作用形式和大小方面有實際用處的結論,對于船舶結構以及一些離岸工程結構物的設計具有指導意義,另外也指出了存在的不足和需要深入的研究方向。
【關鍵詞】：砰擊壓力 ALE算法 仿真模擬 附加質量 破波
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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 砰擊問題研究方法10
• 1.3 砰擊問題國內外研究概述10-14
• 1.3.1 理論公式推導10-11
• 1.3.2 數值模擬研究11-12
• 1.3.3 物理模型實驗研究12-14
• 1.4 本文主要研究內容14-16
• 第2章 船體結構砰擊響應計算公式推導16-32
• 2.1 ALE法應用基礎16-17
• 2.2 ALE方法分析船底結構入水響應過程推導17-22
• 2.2.1 液面晃動的計算17-21
• 2.2.2 入水響應的計算21-22
• 2.3 流固砰擊耦合效應分析22-27
• 2.3.1 計算流固動力作用22-24
• 2.3.2 結構動力響應分析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算模型建立27-31
• 2.4.1 破波水動壓力公式推導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算29-31
• 2.5 本章小結31-32
• 第3章 船底結構入水砰擊載荷仿真計算32-56
• 3.1 軟件ANSYS/LS-DYNA概要32-35
• 3.1.1 計算的穩(wěn)定性32-34
• 3.1.2 無反射邊界條件34-35
• 3.2 二維楔形體入水砰擊時的數值模擬35-41
• 3.2.1 試驗模型35
• 3.2.2 有限元模型35-36
• 3.2.3 數值結果分析36-39
• 3.2.4 自由液面的變化和飛濺效應39-41
• 3.3 入水過程分析41-45
• 3.3.1 結構受力分析41-43
• 3.3.2 流場的變化情況分析43-45
• 3.4 結果和討論45-50
• 3.4.1 入水速度對結果的影響45-46
• 3.4.2 結構材料對結果的影響46-47
• 3.4.3 板子厚度對結果的影響47-48
• 3.4.4 入水角度對結果的影響48-50
• 3.5 二維平底結構入水砰擊時的數值模擬50-54
• 3.5.1 有限元模型51-52
• 3.5.2 數值結果分析52-54
• 3.5.3 自由液面的變化和飛濺效應54
• 3.6 本章小結54-56
• 第4章 船艏結構破波砰擊載荷計算研究56-68
• 4.1 引言56-57
• 4.2 船體在波浪中的運動計算57-59
• 4.2.1 隨機波波形模擬57
• 4.2.2 船舶的垂蕩、縱搖和縱蕩運動求解57-59
• 4.3 船波相對速度的計算59-60
• 4.3.1 圖譜修正法59-60
• 4.3.2 水質點速度和加速度的計算60
• 4.3.3 水平相對速度計算60
• 4.4 船艏表面附加質量的計算60-62
• 4.5 船艏表面砰擊壓力計算62-65
• 4.6 程序計算結果討論65-66
• 4.7 本章小結66-68
• 結論68-70
• 參考文獻70-75
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文75-77
• 致謝77

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前4條

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本文編號：661075