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近年来为了提高集装箱船的经济性，集装箱船向着大型化的方向发展，使其结构安全性变得更加突出。集装箱船具有高航速和大外飘的特点，航行中极易发生砰击作用，进而诱发船体的颤振现象，对结构安全造成隐患。斜浪下的砰击具有明显的非对称性，但由于其机理的复杂性，目前针对船体砰击载荷预报主要集中于对称情况，需要对非对称砰击进一步研究。另外非对称砰击产生的扭矩会对集装箱船的大开口结构产生不利影响，然而具体影响到何种程度，有待进一步明确。本文通过非对称入水砰击的数值和试验研究来探讨砰击的机理和载荷特性，结合超大型集装箱船特点，进一步对船体非对称砰击载荷和扭转颤振响应进行了研究，主要开展了以下研究工作:
1)针对非对称砰击问题，从简单的二维剖面入手，研究横倾角和横向速度两种非对称因素下的砰击机理，用于超大型集装箱船局部非对称砰击载荷计算。基于N-S方程建立非对称入水砰击的气液两相流模型，采用CFD方法进行求解，VOF算法追踪自由面。研究中对自由面追踪模糊化和界面处压力不连续性问题进行了相关修正。为了对比分析，同时给出了求解非对称入水砰击的BEM方法。对比公开发表的结果讨论两种方法的适用性，在此基础上对实船剖面非对称入水的砰击特性进行了全面探讨，最后基于CFD-FEM方法对弹性体砰击问题进行了研究，进一步明确了弹性效应对砰击压力的影口向。
2)目前三维艏部非对称入水砰击的数值研究存在一定困难性，为明确三维艏部非对称砰击载荷的特性，开展了相应的落体砰击实验研究。研究中详细介绍了三维非对称落体砰击实验的相关技术，采用自主设计的角度装置调节模型的入水姿态，实现非对称入水的实验要求。通过不确定性分析讨论了实验的合理性。基于实验数据，着重分析了三维非对称砰击的基本压力特性，并进一步探讨了横倾角和纵倾角对砰击压力的影响，最后对比二维数值结果，讨论了二维数值方法在预报三维艏部砰击压力上的适用性。
3)基于三维非线性时域水弹性方法对非对称砰击下的颤振响应进行了研究，重点关注扭转颤振。在流场速度势计算中考虑弹性变形的影响，BEM方法结合切片理论计算非对称砰击力，从而建立流体载荷与结构响应统一的动力学方程。通过收敛性分析和数值对比验证了该方法的适用性。最后以一艘21kTEU的超大型集装箱船为例，着重讨论了弹性效应和非对称性对砰击力预报的影响，并分析了非对称砰击下扭转颤振的特性，最后对不同波高，周期和浪向下的垂向弯矩和扭矩进行了参数化分析。
4)结合船体运动和入水砰击理论对实船砰击载荷进行研究，提出了适用于斜浪下船体局部非对称砰击载荷的预报方法。首先基于三维非线性水弹性方法给出船体运动，然后通过给定的入射波预测砰击关注位置处的运动速度。为了计及波倾角及波浪流体质点速度的影响，引入波浪参考系将船体砰击转化为斜向入水砰击问题，最后采用CFD方法预报了砰击压力。对比公开发表的试验数据，验证了本方法的适用性，并详细评估了三维效应和局部弹性效应对预测精度的影响，进而分析了斜浪下的艏部非对称砰击载荷特性，最后讨论了不同浪向对砰击载荷及其分布的影响。
5)基于船体非对称砰击载荷预报的相关成果，对超大型集装箱船砰击结构强度进行了评估。通过长短期分析方法确定砰击载荷的设计值，并结合有限元方法计算非对称砰击载荷作用下的结构响应。首先对非对称砰击载荷作用下大开口结构的动响应机理进行了研究，重点讨论了载荷的上升时间，峰值和砰击时间对结构响应的影响。然后以21kTEU的集装箱船为例，分别对局部和全船两种结构模型进行了直接有限元分析，详细对比了两种方法的差异性，最后对非对称砰击载荷（扭矩）对结构的影响进行了细致讨论。
1)针对非对称砰击问题，从简单的二维剖面入手，研究横倾角和横向速度两种非对称因素下的砰击机理，用于超大型集装箱船局部非对称砰击载荷计算。基于N-S方程建立非对称入水砰击的气液两相流模型，采用CFD方法进行求解，VOF算法追踪自由面。研究中对自由面追踪模糊化和界面处压力不连续性问题进行了相关修正。为了对比分析，同时给出了求解非对称入水砰击的BEM方法。对比公开发表的结果讨论两种方法的适用性，在此基础上对实船剖面非对称入水的砰击特性进行了全面探讨，最后基于CFD-FEM方法对弹性体砰击问题进行了研究，进一步明确了弹性效应对砰击压力的影口向。
2)目前三维艏部非对称入水砰击的数值研究存在一定困难性，为明确三维艏部非对称砰击载荷的特性，开展了相应的落体砰击实验研究。研究中详细介绍了三维非对称落体砰击实验的相关技术，采用自主设计的角度装置调节模型的入水姿态，实现非对称入水的实验要求。通过不确定性分析讨论了实验的合理性。基于实验数据，着重分析了三维非对称砰击的基本压力特性，并进一步探讨了横倾角和纵倾角对砰击压力的影响，最后对比二维数值结果，讨论了二维数值方法在预报三维艏部砰击压力上的适用性。
3)基于三维非线性时域水弹性方法对非对称砰击下的颤振响应进行了研究，重点关注扭转颤振。在流场速度势计算中考虑弹性变形的影响，BEM方法结合切片理论计算非对称砰击力，从而建立流体载荷与结构响应统一的动力学方程。通过收敛性分析和数值对比验证了该方法的适用性。最后以一艘21kTEU的超大型集装箱船为例，着重讨论了弹性效应和非对称性对砰击力预报的影响，并分析了非对称砰击下扭转颤振的特性，最后对不同波高，周期和浪向下的垂向弯矩和扭矩进行了参数化分析。
4)结合船体运动和入水砰击理论对实船砰击载荷进行研究，提出了适用于斜浪下船体局部非对称砰击载荷的预报方法。首先基于三维非线性水弹性方法给出船体运动，然后通过给定的入射波预测砰击关注位置处的运动速度。为了计及波倾角及波浪流体质点速度的影响，引入波浪参考系将船体砰击转化为斜向入水砰击问题，最后采用CFD方法预报了砰击压力。对比公开发表的试验数据，验证了本方法的适用性，并详细评估了三维效应和局部弹性效应对预测精度的影响，进而分析了斜浪下的艏部非对称砰击载荷特性，最后讨论了不同浪向对砰击载荷及其分布的影响。
5)基于船体非对称砰击载荷预报的相关成果，对超大型集装箱船砰击结构强度进行了评估。通过长短期分析方法确定砰击载荷的设计值，并结合有限元方法计算非对称砰击载荷作用下的结构响应。首先对非对称砰击载荷作用下大开口结构的动响应机理进行了研究，重点讨论了载荷的上升时间，峰值和砰击时间对结构响应的影响。然后以21kTEU的集装箱船为例，分别对局部和全船两种结构模型进行了直接有限元分析，详细对比了两种方法的差异性，最后对非对称砰击载荷（扭矩）对结构的影响进行了细致讨论。