论文部分内容阅读
船舶在波浪中航行时,由于船体和波浪之间的剧烈相对运动,不可避免地会出现砰击现象。砰击发生时,最突出的问题是在与波浪发生直接冲撞的船体区域产生巨大的砰击压力,严重时会引起局部结构的动态响应,导致船体局部结构屈曲;其次会引起整个船体梁的瞬态弹性振动,对船体结构安全性有一定影响。因此,就船体结构安全性方面而言,砰击载荷作用下的结构响应问题值得我们关注。基于上述原因,本文使用大型非线性有限元软件MSC.DYTRAN对二维楔形体、二维艏部结构和三维船艏结构的入水砰击问题进行了系列的数值仿真模拟,特别对二维艏部结构进行了试验研究,得出砰击载荷在船艏结构表面的砰击压力分布情况,并以此为基础,分析了三维船艏结构入水砰击压力及结构响应,拟合出适用于不同工况下的砰击载荷预报公式。主要工作如下:(1)阐述了船舶砰击有限元基本理论,对二维平底结构入水砰击问题进行了数值仿真研究。数值仿真过程中考虑真实情况下的空气垫、大气压力等因素的影响,并分析了一定速度下、不同斜倾角的结构入水砰击压力及流场的变化情况,将数值模拟结果与文献中试验结果进行比较,从而验证该仿真方法的可行性和可靠性。(2)在考虑气垫效应的影响下,研究二维楔形体以不同的斜倾角、不同速度入水时结构表面砰击压力峰值的变化规律,回归出砰击载荷预报公式。利用该公式可预报出二维楔形体表面上的砰击压力,为进一步计算船体结构响应提供准确的载荷输入。(3)基于某实船船艏两典型站位结构形式,按照刚度相似和一定缩尺比设计出一个具有两种刚度的二维船艏试验模型。首先,对该试验模型入水砰击过程进行了数值模拟,得到不同工况下试验模型上的压力分布;其次,对该结构进行了砰击试验研究,得到不同速度下试验模型不同测点的砰击压力分布,并将试验结果和数值仿真值进行对比,以验证数值仿真方法的准确性,从而为三维结构入水砰击过程数值模拟研究奠定了基础。(4)首先,对三维回转体结构入水砰击问题进行仿真研究,并与文献中的试验结果进行了对比,从而验证了利用仿真方法计算三维结构入水砰击问题的可行性;其次,模拟三维实船艏部入水砰击过程,研究了不同曲率、不同入水速度、不同板厚和弹性模量等因素对三维艏部结构砰击压力的影响;当船艏结构为刚性时,分析了实船艏部结构砰击压力与入水速度、结构曲率的关系,并提出了该实船艏部结构的砰击压力预报公式;当船艏结构为弹塑性时,分析比较了板厚和弹性模量对船艏结构响应的影响。