基于SPH方法的不同类型激励下液舱晃荡冲击载荷特性研究

• 作 者: 尤一
• 出 处: 哈尔滨工程大学
• 发表日期: 2020年03期
• 关键词: SPH方法 液舱晃荡 船冰碰撞 耦合运动 冲击载荷

液舱晃荡现象普遍存在于船舶与海洋工程领域,随着北极航线的开通,越来越多LNG船航行在极地冰区,由于北极地区特殊的自然地理和气候条件,LNG船很容易与海冰发生碰撞,由于碰撞产生的冰阻力会引起船体内部的液舱晃荡,剧烈的晃荡会产生巨大的冲击载荷,对船体的稳定性造成影响,很多事故都是由于晃荡导致的液舱结构破坏所引起的,所以液舱晃荡问题虽然是一个老话题,但依旧值得深入研究。由于液舱晃荡问题具有极强的非线性特征,所以传统的网格方法在处理这一类问题的时候很容易由于网格的大变形而导致模拟的失败,而SPH(光滑粒子流体动力学)方法作为一类无网格方法,计算并不依赖于欧拉网格,而是一群可以自由移动的离散粒子,因此可以方便地对自由液面进行捕捉,非常适合处理液舱晃荡这种自由液面大变形的强非线性问题。本文基于SPH方法,建立了液舱晃荡的数值模型,并对液舱晃荡引起的冲击载荷特性进行对比分析,建立了船冰相互作用的数值模型并对其准确性进行了验证,最后将液舱晃荡与船冰碰撞运动进行耦合,建立了 LNG船与冰碰撞引起的液舱晃荡数值模型,本文具体内容为:首先,本文对SPH方法的基本原理和数值方法进行了简单的介绍;其次,本文基于SPH方法对二维的液舱晃荡进行了数值模拟,对其准确性进行了验证,并将SPH模型的收敛性和计算效率同商业CFD软件STAR-CCM+进行了对比,在矩形液舱的基础上,对舱壁条件进行复杂化处理,对晃荡引起的不同隔板液舱的冲击荷载特性进行了对比研究,并建立了三维液舱晃荡的数值模型。接下来,本文基于SPH方法建立了船冰相互作用的数值模型,并与试验数据进行了对比,对其准确性验进行了验证。最后,本文将三维液舱晃荡模型与船冰碰撞模型耦合在一起,对LNG船与海冰碰撞引起的液舱晃荡进行了模拟,并对比分析了 LNG船在不同冰区等级和航速下发生碰撞引起的液舱晃荡冲击载荷的不同,为工程实际提供一些参考。