本文關(guān)鍵詞：船體總縱強(qiáng)度分析中波浪非線性載荷的計(jì)算研究

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【摘要】：波浪載荷是船體結(jié)構(gòu)總縱強(qiáng)度校核當(dāng)中的關(guān)鍵性載荷。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)船型,船級(jí)社在入級(jí)規(guī)范給出了總縱強(qiáng)度校核時(shí)波浪載荷設(shè)計(jì)值的計(jì)算公式和對(duì)應(yīng)的許用衡準(zhǔn)。對(duì)于非常規(guī)船型,波浪載荷則需要通過水動(dòng)力直接計(jì)算的方法進(jìn)行。目前,使用基于頻域線性算法計(jì)算波浪載荷的頻率響應(yīng)函數(shù)并配合法譜分析計(jì)算波浪載荷設(shè)計(jì)值的線性方法,在非常規(guī)船型波浪載荷直接計(jì)算中應(yīng)用最為普遍,是各船級(jí)社所推薦的波浪載荷設(shè)計(jì)值的直接計(jì)算方法。但是,由于使用頻域線性算法不能考慮波浪載荷的非線性效應(yīng),對(duì)于小方形系數(shù)船舶進(jìn)行載荷計(jì)算時(shí)將產(chǎn)生較大的誤差。尤其在波浪載荷設(shè)計(jì)值的預(yù)報(bào)上,由于波浪載荷設(shè)計(jì)值發(fā)生在海浪波幅較大的情況下,此時(shí)波浪載荷的非線性效應(yīng)非常顯著,線性算法計(jì)算的波浪載荷設(shè)計(jì)值與實(shí)際情況有很大的偏差。在這種情況下應(yīng)采用時(shí)域非線性算法對(duì)波浪載荷進(jìn)行計(jì)算,并通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)波浪載荷的設(shè)計(jì)值進(jìn)行預(yù)報(bào)。針對(duì)這一情況,本文研究了船體總縱強(qiáng)度校核當(dāng)中波浪載荷的非線性計(jì)算方法,主要完成的工作和結(jié)論有:(1)對(duì)確定波浪載荷設(shè)計(jì)值的規(guī)范公式、坦谷波法、頻域線性算法和時(shí)域非線性算法的原理進(jìn)行了對(duì)比和分析,說明在計(jì)算船艏外飄明顯,且舷側(cè)不與靜水面垂直的小方形系數(shù)船舶時(shí),應(yīng)使用時(shí)域非線性算法。(2)以一艘方形系數(shù)Cb=0.52的高速船為研究對(duì)象,以船舯剖面波浪彎矩為例,使用頻域線性算法計(jì)算了載荷的頻率響應(yīng)函數(shù),并通過譜分析方法進(jìn)行了載荷設(shè)計(jì)值的長期預(yù)報(bào);使用時(shí)域非線性計(jì)算的方法對(duì)船體在隨機(jī)波浪之下的載荷響應(yīng)進(jìn)行了長時(shí)間的數(shù)值計(jì)算,使用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)彎矩值進(jìn)行了采樣和分布擬合,確定了計(jì)及非線性效應(yīng)的波浪彎矩設(shè)計(jì)值。(3)提出利用等效設(shè)計(jì)波法對(duì)非線性波浪載荷時(shí)域計(jì)算的簡化方法——“非線性設(shè)計(jì)波法”,給出了設(shè)計(jì)波參數(shù)的選取辦法,使用“非線性設(shè)計(jì)波”計(jì)算了波浪載荷的設(shè)計(jì)值,與隨機(jī)波浪下的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較,結(jié)果吻合較好。(4)使用全船結(jié)構(gòu)直接計(jì)算的方法,給出了使用“非線性設(shè)計(jì)波”法進(jìn)行船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核的過程,包括:全船結(jié)構(gòu)有限元模型的建模要求,邊界條件與載荷施加方法。最后列舉了本文研究對(duì)象的結(jié)構(gòu)求解結(jié)果。
【關(guān)鍵詞】：總縱強(qiáng)度 波浪載荷 非線性 設(shè)計(jì)波
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U661.43
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 研究背景和意義10-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-18
• 1.2.1 船舶總縱強(qiáng)度分析方法13-14
• 1.2.2 波浪載荷設(shè)計(jì)值的確定方法14-18
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容18-20
• 第二章 船體波浪載荷設(shè)計(jì)值計(jì)算方法20-40
• 2.1 概述20-21
• 2.2 坦谷波法21
• 2.3 規(guī)范公式21-22
• 2.4 水動(dòng)力數(shù)值計(jì)算方法22-29
• 2.4.1 船體在規(guī)則波中運(yùn)動(dòng)的基本方程22-26
• 2.4.2 波浪附加載荷計(jì)算26-27
• 2.4.3 船體響應(yīng)的頻域線性解27-28
• 2.4.4 船體響應(yīng)的時(shí)域非線性算法28-29
• 2.5 確定波浪載荷設(shè)計(jì)值的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法29-39
• 2.5.1 不規(guī)則波浪的隨機(jī)理論29-31
• 2.5.2 常用波浪譜31-32
• 2.5.3 船體運(yùn)動(dòng)和載荷的響應(yīng)譜32-33
• 2.5.4 波浪載荷的幅值分布33-38
• 2.5.5 波浪載荷設(shè)計(jì)值的確定38-39
• 2.6 本章小結(jié)39-40
• 第三章 船體波浪載荷設(shè)計(jì)值計(jì)算40-63
• 3.1 引言40
• 3.2 研究對(duì)象的基本信息40-41
• 3.3 模型建立41-43
• 3.4 基于頻域線性算法的載荷設(shè)計(jì)值計(jì)算43-45
• 3.4.1 波浪載荷頻率響應(yīng)函數(shù)計(jì)算44
• 3.4.2 波浪載荷的短期和長期預(yù)報(bào)44-45
• 3.5 基于時(shí)域非線性算法的載荷設(shè)計(jì)值計(jì)算45-52
• 3.5.1 確定設(shè)計(jì)海況46-48
• 3.5.2 計(jì)算參數(shù)設(shè)定48-51
• 3.5.3 舯剖面彎矩計(jì)算結(jié)果51-52
• 3.6 結(jié)果對(duì)比與分析52-61
• 3.6.1 舯剖面波浪彎矩幅值分布的對(duì)比54-57
• 3.6.2 舯剖面波浪彎矩幅值分布的擬合57-60
• 3.6.3 舯剖面波浪彎矩設(shè)計(jì)值對(duì)比60-61
• 3.7 本章小結(jié)61-63
• 第四章 等效設(shè)計(jì)波法63-69
• 4.1 引言63-64
• 4.2 設(shè)計(jì)波參數(shù)的確定64
• 4.2.1 波長和浪向角64
• 4.2.2 波幅64
• 4.3 船舯剖面的波浪彎矩計(jì)算64-68
• 4.3.1 線性算法和非線性算法的結(jié)果比較65-66
• 4.3.2 非線性設(shè)計(jì)波法和非線性隨機(jī)波浪法的結(jié)果比較66-67
• 4.3.3 非線性設(shè)計(jì)波法與現(xiàn)有載荷直接計(jì)算方法的比較67-68
• 4.4 本章小結(jié)68-69
• 第五章 船體結(jié)構(gòu)響應(yīng)計(jì)算69-77
• 5.1 引言69
• 5.2 結(jié)構(gòu)模型的建立69-71
• 5.2.1 模型范圍69
• 5.2.2 全船結(jié)構(gòu)有限元單元類型69-70
• 5.2.3 網(wǎng)格劃分要求及材料特性70-71
• 5.3 邊界條件和載荷施加71-72
• 5.3.1 邊界條件71-72
• 5.3.2 載荷施加方式72
• 5.4 結(jié)構(gòu)響應(yīng)結(jié)果72-76
• 5.5 本章小結(jié)76-77
• 第六章 總結(jié)與展望77-81
• 6.1 主要工作內(nèi)容與結(jié)論77-78
• 6.2 進(jìn)一步工作展望78-81
• 參考文獻(xiàn)81-85
• 致謝85-86
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文86-88

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