舰船非线性设计值的水弹性直接计算方法

目前各国军规对水面舰船设计载荷的计算还只停留在刚体理论,但随着舰船主尺度的日益增大,船体弹性效应对载荷响应的影响已越发不容忽视,通过水弹性理论计算和试验两方面,与国内规范的设计载荷计算方法进行了比较分析,发现国内规范中对于极限工况下的砰击载荷的贡献考虑不够充分,为此,基于三维非线性时域水弹性理论,对不规则波中船体载荷响应预报方法进行了阐述,提出了一种非线性设计载荷的直接计算方法。基于直接计算方法,提出一套新的水面舰船设计值计算流程算法。通过比较后发现,采用本文修改后的规范算法得到的设计值,与直接计算方法结果更为接近。新的设计载荷计算程序的有效性和准确性得到了证实。     

三体船波浪设计载荷的三维时域水弹性理论研究

针对三体船波浪设计载荷问题,本文提出了三维时域非线性水弹性理论和非线性设计波法的计算三体船纵向波浪载荷方法,该法考虑了船体弹性效应和砰击载荷等非线性因素的影响。在巡航和极限工况下,将水弹性计算值与三维频域长期预报值、劳氏三体船规范计算结果进行了比较分析,发现在巡航工况下的水弹性计算值与规范值比较接近,可给出三体船的波浪载荷特征值,极限工况的计算值远大于规范值,本文建议在三体船结构强度校核时,应该增加极限工况。本文方法可为三体船相关规范修订和结构设计优化提供参考。     

规则波作用下多模块浮桥的水动力性能试验

为了准确计算多模块浮桥的水动力响应,本文通过水动力模型试验对其在规则波作用下的水动力响应和弯矩分布进行研究。将每个浮桥模块划分为两个子模块,中间通过4根连接梁连接,通过在梁的上下表面布置应变片,测量连接梁的受力,从而获得浮桥的弯矩分布。此外,将浮桥模型视为刚体,基于水动力学理论,对浮桥的弯矩和运动响应进行了分析求解。由于浮桥的弹性变形并不显著,试验结果与数值结果吻合良好,证明了假设的合理性。通过试验研究,可为波浪作用下浮桥的动力响应计算提供基准数据,推动浮桥设计理论的发展。     

规则波作用下多模块浮桥的水动力性能试验

针对某种特殊多模块浮桥结构,通过水动力模型试验对其在规则波作用下的水动力响应和弯矩分布进行研究。将每个浮桥模块划分为两个子模块,中间通过四根连接梁连接,通过在梁的上下表面布置应变片,测量连接梁的受力,从而获得浮桥的弯矩分布。此外,将浮桥模型视为刚体,基于水动力学理论,对浮桥的弯矩和运动响应进行了分析求解。由于浮桥的弹性变形并不显著,试验结果与数值结果吻合良好,证明了假设的合理性。通过试验研究,可为波浪作用下浮桥的动力响应计算提供基准数据,推动浮桥设计理论的发展。     

规则波作用下多模块浮桥的水动力性能试验

针对某种特殊多模块浮桥结构,通过水动力模型试验对其在规则波作用下的水动力响应和弯矩分布进行研究。将每个浮桥模块划分为两个子模块,中间通过四根连接梁连接,通过在梁的上下表面布置应变片,测量连接梁的受力,从而获得浮桥的弯矩分布。此外,将浮桥模型视为刚体,基于水动力学理论,对浮桥的弯矩和运动响应进行了分析求解。由于浮桥的弹性变形并不显著,试验结果与数值结果吻合良好,证明了假设的合理性。通过试验研究,可为波浪作用下浮桥的动力响应计算提供基准数据,推动浮桥设计理论的发展。     

船体三维变形响应的数值预报

针对航行中舰船变形问题,采用三维水弹性理论实现了波浪中舰船的动态变形预报。通过拟合不同模态下船体有限元模型的节点位移,实现了将三维模态信息应用于广义流固耦合界面条件。建立了舰船在规则波中的广义水弹性运动方程,求解出各阶振动模态的主坐标。将各阶弹性模态主坐标与预报位置的角变形矩阵相乘,得到角变形响应。针对某实船,分别采用三维水弹性方法和三维刚体方法进行计算,通过对船体结构角变形响应的对比,验证了三维水弹性方法的正确性,同时也证明了该方法在计算效率上的优势。     

外载荷作用下的船体梁极限弯矩

为了合理地预测船体梁极限弯矩,基于通用有限元系统,结合材料非线性和初始缺陷处理方法,考虑货物载荷、静水压力和水动压力等局部载荷和水平弯矩、扭转等外载荷作用,建立了一个计及外载荷效应的船体极限强度非线性有限元分析的框架.采用该文方法对Paik计算模型中受局部载荷作用的加筋板的极限强度进行了分析,计算结果表明,方法准确可靠.最后,计及外载荷作用对某型油船的极限弯矩进行了计算分析,研究表明:外载荷效应是不可忽略的,船体梁极限承载能力不仅与船体结构自身有关,还与外载荷密切相关.因此,建议根据船舶的具体装载工况分别进行船体梁极限承载能力计算.     

FPSO运动与波浪载荷三维水弹性分析方法研究

为了与三维水弹性方法相匹配,将二维梁振动理论与三维刚性船体湿表面网格划分方法相结合,提出了一种适用于三维弹性浮体的湿表面网格划分方法.在此基础上利用广义流同耦合界面条件,建立分布源积分方程,获得计及船体弹性效应的三维水动力系数和绕射力.进而建立了船舶在规则波中的广义水弹性运动方程,求解出各阶振动的主坐标后,利用模态叠加法计算船体的波浪载荷.通过实船计算表明,该方法具有较好的计算精度.     

滑行艇规则波中迎浪运动响应的时域解

针对滑行艇耐波性预报必须考虑水动升力影响导致常规方法不适用的问题,采用基于线性长波假设的方法,考虑了瞬时波面对各水动力系数及波浪载荷的影响,给出了棱柱型滑行艇在规则波中迎浪运动响应的时域解.同时,在计算瞬时水动力系数和波浪载荷时也考虑了升力效应.通过简化处理,将其应用于常规滑行艇的运动预报,并通过模型试验结果进行验证,计算值和试验值吻合较好,有较高的实际应用前景.     

船舶在波浪中脉动压力预报的三维方法

船体表面的脉动压力预报对于船体结构有限元分析和可靠性分析是十分重要的。预报船舶运动响应、水动压力和剖面载荷的传统做法是采用切片理论，该理论对常规细长船舶的运动响应和剖面波浪载荷能给出较好的预报结果，但对船体表面脉动压力的预报，却因没有充分考虑三维效应而与船模试验结果出入较大。本文通过引入“高频低速”假定，基于三维线性势流理论，用三维源汇分布法在频域内求解非定常流场，进而计算船舶在规则波中运动、波浪载荷和脉动压力响应。对集装箱船FLOKSTRA的计算结果表明：与切片法相比，本方法计算的脉动压力响应与船模试验结果符合较好。     

波浪中船体与液舱晃荡耦合运动的时域数值计算

为分析液舱流体晃荡对波浪中船体运动性能的影响,针对船体外流场与液舱内流场(液体非线性晃荡)分别采用时域势流理论方法计算,建立了在波浪中船体与液舱流体晃荡耦合的时域运动方程.其中波浪中船体水动力和时延函数采用切片法和脉冲响应函数法计算获得,舱内液体非线性晃荡采用时域边界元法计算.对S175加载方形液舱在迎浪横浪等不同工况下液舱流体晃荡及其与船体运动耦合分别进行了计算模拟与验证研究.研究表明,在不出现液面破碎等强非线性现象时,能够给出较好的液舱流体晃荡波形和压力;耦合运动模拟结果能清晰地反映液舱晃荡对船体运动的影响,并准确给出船体有无加载液舱时共振频率的偏移现象;数值与试验结果吻合良好,并具有较高的计算效率,为设计载液船舶或减摇水舱等的前期设计提供了快速有效的分析方法和技术手段.     

水下爆炸气泡脉动压力下舰船动态响应分析

将船体梁视为两端自由的Ｔｉｍｏｓｉｈｅｎｋｏ梁,在借用二维切片法和水弹性方法的基础上,计算船体梁在水下爆炸于次脉动压力下的响应特性。同时,还建立了在考虑水面效应和气泡运动时舰船受到二次脉动压力的计算模型。最后,以实船计算为例,进一步分析了二次脉动压力下舰船振荡响应的特性。     

竖向荷载下弹性支承直墙拱反弯点理论分析

在工程实践中,直墙拱应用较多。由于拱脚位移的存在,合理假设拱脚约束为转角约束、竖向约束和水平弹性约束,应用力法推导出了在弯矩、剪力和轴力共同作用下直墙拱沿弧长的弯矩公式。研究了竖向均布荷载、竖向三角形荷载和竖向集中力荷载作用下,直墙拱沿弧长的弯矩分布及反弯点形成的规律;发现在3种荷载作用下,使得拱脚弯矩为零时的圆心角依次减小。取弹簧支座刚度为等效的下端固支、上端允许水平位移的直墙的抗推刚度,得出了随着直墙高度增加,圆弧拱拱顶弯矩增大而拱脚弯矩减小的变化规律。在直墙拱的设计中,建议选取合适的直墙高度和使得圆弧拱拱脚弯矩为零的圆心角大小,从而有利于提高结构抗弯承载力及拱脚抗剪承载力。     

近场脉动气泡作用下船体梁模型动响应试验研究

水中兵器在舰船附近爆炸时,爆炸气泡对船体结构的整体毁伤作用不能忽视.将炸药置于船体梁模型中部正下方爆炸,通过改变爆距来研究船体模型在近场脉动气泡作用下的动态响应特性.利用高速摄影技术观察模型在气泡作用下的运动过程.结合应变和加速度测量数据,定量分析了模型的总体振动响应.试验发现:近场作用下,气泡脉动压力对结构的冲击作用明显;在大气压和气泡内压力作用下,试验模型受到向下的分布载荷,被叠加一中垂弯矩,爆距越小.此中垂弯矩越大.     

基于弹塑性变形理论的船体面板滚弯成形作业时间估算方法

为了准确估算船体面板滚弯成形作业时间,通过分析在滚弯过程中船体面板的弹塑性变化和滚弯成形后的最终状态,建立了滚弯成形最终状态下船体面板滚弯成形作业时间估算模型.与实测数据对比分析结果表明,基于弹塑性变形理论的总进给距离与实测进给距离无显著性差异,通过作业时间估算模型得出的理论作业时间与实测作业时间也无显著性差异而且相对误差都在10%以内(平均相对误差为5%).因此,基于弹塑性变形理论的船体面板滚弯成形作业时间估算模型合理且符合作业实际状况.     

舰船不同位置破损后的应力变化与影响因素研究

采用Kollbrunner-Hajd in改进的薄壁梁理论,考虑了破口引起的舰体结构不对称性造成的弯扭耦合及不同剖面的协调问题,用迁移矩阵法计算武器命中后破损舰船的内力,并采用符拉索夫法考虑了武器命中水线以下后破损引起的外载荷变化.通过求解不同武器命中不同位置后的破损船体内力,找出了正应力和剪应力随不同破损位置的变化规律及其影响因素,研究指出计算破损舰船结构应力时必须同时考虑破损引起的结构不对称性、承载力下降和由于进水引起的浮态和载荷变化等各方面的不利影响,从而为舰船破损后的剩余强度研究提供依据.     

波浪中浮式生产储油船(FPSO)的运动与荷载计算

应用线性化Weibull概率密度函数分析得到设计波参数和根据三维源汇分布方法建立浮体运动与波浪荷载计算方法,完成了一浮式生产储油船（FPSO）在波浪中的运动响应和船体表面水动力压力分布以及总体荷载的概率特性的计算．该计算结果可用于基于耐波性的FPSO船体型线优化,以及作为船体强度有限元分析和系泊系统设计的根据。     

船舶在波浪中运动的强非线性时域模拟

为准确预报在非线性波浪中航行船舶的大幅运动,基于CIP方法建立了波浪中船舶强非线性运动响应的时域分析模型.该模型基于粘性流理论,对N-S方程进行求解,可以考虑船舶的运动响应和自由面变形过程中的粘性效应和强非线性效应.首先,通过模拟船舶的强制垂荡运动,对该数值模型的收敛性展开了研究;然后,基于该模型计算了不同入射波幅和不同入射波长对S175船模的垂荡和纵摇运动响应的影响;最后,模拟了S175船模在大幅波浪中的强非线性运动响应现象.模拟结果表明:基于自编程建立的船舶强非线性运动响应模型具有较好的收敛性和精确性,与其他数值计算结果吻合较好;尤其擅长模拟水花飞溅、甲板上浪、底部砰击等强非线性问题.     

水平循环荷载下砂土中斜单桩累积变形特性

研究斜单桩在风、浪、洋流等循环荷载作用下的累积特性. 通过用户开发子程序将砂土刚度衰减模型嵌入桩-土体系有限元模型中,实现了单桩循环受荷特性的数值分析,研究不同循环幅值及循环次数下斜单桩的变形累积规律. 研究结果表明,当桩身倾斜角由?25°逐渐过渡到25°时,在相同的静力荷载作用下,斜单桩桩顶位移及桩身相同位置处弯矩会不断增加,但在循环荷载作用下,桩顶位移与桩身最大弯矩的累积速度会逐渐下降. 当循环荷载幅值较大时,负斜桩的桩顶位移和桩身位移段深度均小于竖直桩,正斜桩的桩顶位移和桩身位移段深度均最大. 基于数值计算结果,对不同循环幅值和循环次数下的斜单桩桩顶累积位移和桩身最大弯矩进行拟合分析,提出适用于斜单桩的累积变形特性预测方法.