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基于Wasim的三体船耐波性能的敏感性分析

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船海工程 2024年第S1期53卷 92-95,100页

作者：姜守阳许小颖中国船级社浙江分社浙江宁波315042 文华学院武汉430074

针对三体船舶在不同海况下的动力响应影响因素进行敏感性分析,并对三体船的主侧体布局进行优化设计。采用三维时域Rankine源法分析一艘典型三体船在不同分离比和不同侧体纵向位置时的耐波性响应特性。采用水动力分析软件Wasim针对3种航... 详细信息

针对三体船舶在不同海况下的动力响应影响因素进行敏感性分析,并对三体船的主侧体布局进行优化设计。采用三维时域Rankine源法分析一艘典型三体船在不同分离比和不同侧体纵向位置时的耐波性响应特性。采用水动力分析软件Wasim针对3种航速、5个浪向、2个横向位置及5个纵向位置多次进行升沉、横摇和纵摇运动响应模拟,对不规则海域内的响应振幅算子(RAO)进行敏感性分析。布局分析结果表明,在船舶的耐波性能方面,对于所有的航速、浪向和模态周期下,侧体布局并没有保持一致的最佳位置,在常规迎浪条件下,主侧体横向间距小利于耐波性能;垂荡和纵摇运动性能的优劣主要取决于主侧体的纵向相对位置。

关键词：三体船主侧体布局耐波性敏感性分析 RAO

基于CFD数值模拟和模型试验的三体船片体位置优化

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中国造船 2022年第2期63卷 116-125页

作者：刘志强刘鑫旺万德成上海交通大学船海计算水动力学研究中心(CMHL)船舶海洋与建筑工程学院

论文采用低精度CFD数值计算和高精度模型试验相结合的方法，以总阻力为目标，对Fr=0.27速度工况下的某型三体船的片体位置进行优化。利用拖曳水池对不同片体位置的三体船进行模型试验，获得三体船在不同片体位置下的总阻力性能。使用自... 详细信息

论文采用低精度CFD数值计算和高精度模型试验相结合的方法，以总阻力为目标，对Fr=0.27速度工况下的某型三体船的片体位置进行优化。利用拖曳水池对不同片体位置的三体船进行模型试验，获得三体船在不同片体位置下的总阻力性能。使用自主开发的CFD黏流数值求解器naoe-FOAM-SJTU对一定范围内的其他片体位置进行水动力数值计算。根据模型试验和数值计算结果，使用自主开发的船型优化软件OPTShip-SJTU对三体船的片体位置进行优化。通过模型试验与数值方法相结合的方式构建Co-Kriging近似模型，并使所构建的模型融合模型试验的信息，以保证优化结果的可靠性。结果显示，沿船长方向不同的片体位置对三体船总阻力的影响有着明显的变化规律。

关键词：三体船片体优化数值模拟 naoe-FOAM-SJTU Co-Kriging OPTShip-SJTU

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基于黏流的三体船片体布局优化

中国造船 2022年第4期63卷 133-142页

作者：魏亚博王建华万德成上海交通大学船海计算水动力学研究中心(CMHL)船舶海洋与建筑工程学院

三体船片体布置对全船阻力和耐波性有重要影响。论文以一艘三体船为研究对象，采用基于黏流的naoe-FOAM-SJTU求解器预报母型船在Fr=0.18，波长-船长比为1.1时迎浪规则波中的纵摇和垂荡运动。利用船型优化软件OPTShip-SJTU，通过改变片... 详细信息

三体船片体布置对全船阻力和耐波性有重要影响。论文以一艘三体船为研究对象，采用基于黏流的naoe-FOAM-SJTU求解器预报母型船在Fr=0.18，波长-船长比为1.1时迎浪规则波中的纵摇和垂荡运动。利用船型优化软件OPTShip-SJTU，通过改变片体布置对该船的耐波性开展优化设计。为了减小计算工作量，依据优化拉丁方试验设计，批量评估水动力性能并建立克里金近似模型。通过多目标遗传算法得到优化船型，并对其进行CFD验证，以确保优化结论的可靠性。研究结果表明，合理地设计三体船主体和片体的间距可减轻它们间的兴波干扰并改善其耐波性能。

关键词：三体船 naoe-FOAM-SJTU求解器耐波性 OPTShip-SJTU

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三体船操纵性自航回转运动仿真预报分析

哈尔滨工程大学学报 2023年第10期44卷 1645-1653页

作者：于东周军伟李金华桂洪斌王威哈尔滨工业大学(威海)海洋工程学院山东威海264209 齐鲁工业大学(山东省科学院)山东省科学院海洋仪器仪表研究所山东青岛266061

针对船舶操纵性自航回转试验成本较高,且现有成熟仿真方法效率低、分析要素单一等问题,本文提出了一种船舶自航回转运动数值模拟方法,并利用商用计算流体力学软件Star-CCM+对三体船模在满舵角30°和半舵角15°所受推力情况下的自航回转... 详细信息

针对船舶操纵性自航回转试验成本较高,且现有成熟仿真方法效率低、分析要素单一等问题,本文提出了一种船舶自航回转运动数值模拟方法,并利用商用计算流体力学软件Star-CCM+对三体船模在满舵角30°和半舵角15°所受推力情况下的自航回转运动进行了数值模拟,将该模拟结果与较为成熟的基于数学模型方程组的约束模仿真回转运动结果进行了对比分析,通过对三体船在满舵角和半舵角时的纵距、横距、旋回初径和回转直径等操纵性回转要素值进行分析可知,其差值均在7%以内,验证了文中所提方法的可靠性。且采用文中所提方法对目标船模进行模拟计算时,不仅能够获得船模在平面运动内的回转性能要素,同时还能得到船模横摇、纵摇、升沉等多自由度运动响应要素,本文亦对三体船在满舵角和半舵角下做自航回转运动时的横摇、纵摇、升沉等响应要素进行了分析,从定性分析的角度看,模拟所得的各运动响应要素结果与实际船舶在做回转运动时产生的现象相符;从定量的角度分析,模拟目标船模所得各运动响应要素结果较好,不会对船模回转产生较大干扰。

关键词：自航回转运动数学模型方程组回转性能三体船计算流体力学数值模拟操纵性

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基于四自由度的三体船操纵运动数值模拟研究

武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2023年第4期47卷 659-664页

作者：张业成詹成胜尚浩东武汉理工大学高性能船舶技术教育部重点实验室武汉430063 武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063

文中针对某高速三体船的操纵运动预报,开展约束模型试验和横摇衰减试验.基于MMG模型,获取四自由度操纵水动力导数,进行三体船回转运动及Z形操纵运动预报.在数值计算过程中,进行了网格尺度及时间步长的收敛性分析,探讨了纵摇和垂荡运动... 详细信息

文中针对某高速三体船的操纵运动预报,开展约束模型试验和横摇衰减试验.基于MMG模型,获取四自由度操纵水动力导数,进行三体船回转运动及Z形操纵运动预报.在数值计算过程中,进行了网格尺度及时间步长的收敛性分析,探讨了纵摇和垂荡运动对数值模拟结果的影响;数值模拟了斜拖、旋臂、横倾及横摇衰减试验.基于最小二乘法拟合计算结果并得到水动力导数,结合四自由度MMG模型进行了不同舵角下三体船的操纵性能预报,得到了三体船的操纵性能参数.

关键词：三体船 CFD MMG模型船舶操纵运动

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三体船连接桥砰击载荷与结构响应研究

三体船连接桥砰击载荷与结构响应研究

作者：何国栋大连海事大学

学位级别：硕士

三体船在高海况航行过程中会不可避免的受到波浪对船体的砰击作用,在频繁的砰击作用下易造成连接桥结构应力过大,导致关键结构的破坏从而对船舶安全航行造成严重威胁。因此针对三体船连接桥结构开展合理砰击载荷预报和结构响应研究对于... 详细信息

三体船在高海况航行过程中会不可避免的受到波浪对船体的砰击作用,在频繁的砰击作用下易造成连接桥结构应力过大,导致关键结构的破坏从而对船舶安全航行造成严重威胁。因此针对三体船连接桥结构开展合理砰击载荷预报和结构响应研究对于船舶安全航行与设计研发具有重要意义。本文基于三维势流理论,提出了三维船波相对运动转换方法,将砰击时船舶与波浪的相对运动转化为船舶与静水的相对运动,采用CFD方法实现了船体与波浪砰击过程中的相对运动,从而实现了对三体船连接桥砰击载荷进行数值预报;将砰击载荷加载到有限元模型上,实现了三体船连接桥结构的动力响应分析。主要研究内容为:(1)建立三体船的船体模型并进行三维势流理论下时域计算分析,对比了7级海况不同有义波高和跨零周期下船舶在波浪中的砰击次数。对多工况下连接桥处垂向砰击速度进行统计分析,揭示了砰击次数随有义波高和平均跨零周期变化的规律。确定了船舶与波浪间的相对运动关系,为后续砰击载荷计算确定了船体与水面相对运动关系。(2)为了完成三体船连接桥砰击载荷数值预报,本文针对三体船连接桥分段模型垂直入水问题,建立了连接桥分段模型入水砰击数值模型,将本文数值仿真结果与公开发表实验数据进行对比,验证了本文利用STAR-CCM软件分析入水砰击问题的正确性。进而利用本文提出的三维船波运动转换方法,基于入水砰击基本理论建立了三体船连接桥砰击载荷数值模型,进行了网格收敛性与时间步无关性分析,实现了三体船连接桥砰击载荷预报。(3)采用本文提出的船体与波浪相对运动转换方法,对不同工况下三体船连接桥砰击载荷特性进行分析,对多海况下的船舶运动进行砰击载荷预报,结果发现随着时间变化,砰击现象从船尾向船首传播,压力峰值逐渐减小,高压持续时间逐渐增加;在附体一侧的连接桥区域砰击载荷最大,靠近主体一侧的连接桥区域砰击载荷最小。(4)基于结构动力响应分析方法,开展了砰击载荷作用下三体船连接桥结构响应研究。将船体砰击载荷加载到有限元模型上,得到了船体响应分析结果。最后针对船体响应分析结果,讨论了增加外板板厚以及腹板板厚对连接桥高应力区域的影响。

关键词：三体船连接桥砰击 CFD方法动力响应

CFD数值分析三体船片体位置对阻力及兴波干扰影响

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海洋工程 2022年第6期40卷 76-82页

作者：李响刘志强万德成上海交通大学船海计算水动力学研究中心(CMHL)船舶海洋与建筑工程学院上海200240

三体船的水动力性能是目前水动力学研究的热门。对于中高速三体船来说,其静水阻力的很大一部分由兴波阻力构成,而对于兴波最大的影响因素就是片体位置的布局。以一艘圆舭型三体船为研究对象,运用黏流计算流体力学(CFD)方法模拟分析4种... 详细信息

三体船的水动力性能是目前水动力学研究的热门。对于中高速三体船来说,其静水阻力的很大一部分由兴波阻力构成,而对于兴波最大的影响因素就是片体位置的布局。以一艘圆舭型三体船为研究对象,运用黏流计算流体力学(CFD)方法模拟分析4种不同片体位置对三体船静水阻力和兴波干扰的影响。数值计算采用自主研发的黏流CFD求解器naoe-FOAM-SJTU。数值预报得到三体船静水阻力结果与模型试验结果吻合较好,验证了当前CFD方法预报三体船阻力的可靠性。通过不同片体位置三体船阻力计算发现,方案4的船型方案阻力最优,且通过细节的主片体间兴波干扰流场的结果给出了不同片体布置方案对三体船阻力和兴波的影响。

关键词：三体船片体位置静水阻力 CFD方法兴波干扰

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三体船波浪载荷与片体布局优化

上海交通大学学报 2011年第4期45卷 470-474页

作者：徐敏张世联上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

由于三体船片体与主体的相互干扰,不同片体布局将对三体船受到的波浪载荷产生显著的影响.利用比二维切片理论更加合适的三维势流理论,并结合格林函数法,求得在不同航速、浪向角以及不同的片体纵横向布局时特定船体剖面上的波浪载荷响应... 详细信息

由于三体船片体与主体的相互干扰,不同片体布局将对三体船受到的波浪载荷产生显著的影响.利用比二维切片理论更加合适的三维势流理论,并结合格林函数法,求得在不同航速、浪向角以及不同的片体纵横向布局时特定船体剖面上的波浪载荷响应,包括波浪垂向弯矩和剪力.用波谱分析法对计算结果进行比较,得到了三体船在不同航速、不同片体布局下波浪载荷的分布规律,以及三体船所受波浪载荷较小的片体布局.

关键词：三体船三维势流理论片体优化波浪载荷

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三体船艏斜浪中扭摇运动特性预报分析

哈尔滨工程大学学报 2021年第6期42卷 759-765页

作者：付峥李云波龚家烨李昂哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001 上海海事大学海洋科学与工程学院上海200011

针对三体船在艏斜浪中航行时产生的扭摇运动问题,本文基于粘流理论,使用开源代码OpenFOAM进行运动响应预报研究,并通过非线性动力学理论和船舶运动稳定性理论对三体船扭摇运动特性进行了分析。研究表明:在低速状态下,运动响应随波陡的... 详细信息

针对三体船在艏斜浪中航行时产生的扭摇运动问题,本文基于粘流理论,使用开源代码OpenFOAM进行运动响应预报研究,并通过非线性动力学理论和船舶运动稳定性理论对三体船扭摇运动特性进行了分析。研究表明:在低速状态下,运动响应随波陡的变化更加明显,且变化主要体现在横摇运动上;在大波陡条件低速航行时,横摇运动呈现出混沌状态;严重的扭摇运动会对船舶安全性造成极大的影响。

关键词：三体船艏斜浪扭摇运动预报运动特性分析失稳计算流体力学耦合运动特性非线性运动