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基于船波相对运动的砰击压力和上浪载荷预报方法

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船舶力学 2021年第9期25卷 1147-1158页

作者：黄强任慧龙李辉张楷红彭亚康北京强度环境研究所北京100071 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001

本文基于船波相对运动理论,对舷侧砰击压力和甲板上浪载荷的数值及试验预报方法分别进行了研究。利用三维势流理论计算船舶与波浪之间的相对运动,可以得到船波相对速度及甲板上浪高度。对于砰击压力通过数值模拟方法得到砰击压力系数后... 详细信息

本文基于船波相对运动理论,对舷侧砰击压力和甲板上浪载荷的数值及试验预报方法分别进行了研究。利用三维势流理论计算船舶与波浪之间的相对运动,可以得到船波相对速度及甲板上浪高度。对于砰击压力通过数值模拟方法得到砰击压力系数后结合船波相对速度来预报;对于上浪载荷则采用考虑船舶航速的溃坝模型结合甲板上浪高度来预报。此外,开展了船舶运动和砰击压力模型试验,船波相对运动由沿着模型横剖面布置在舷侧的浪高仪测量,并且测得了相应位置处的砰击压力。最后分别对船波相对运动和砰击压力的数值结果与试验数据进行了比较分析,同时基于船波相对运动给出了一种砰击持续时间计算方法。

关键词：船波相对运动砰击压力上浪载荷砰击时间模型试验浪高仪

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外张砰击压力时间分布的模型试验

上海交通大学学报 2013年第6期47卷 904-908页

作者：陈占阳任慧龙孙芳胜哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001

在拖曳水池对某集装箱船进行了砰击模型试验.在船底砰击的脉冲三角函数形式的基础上结合试验数据重新确认外张砰击持续时间,建立了一种外张砰击压力时间分布的模型.并且基于瓦格纳型冲击理论对该船的外张砰击压力时历进行预报.预报和试... 详细信息

在拖曳水池对某集装箱船进行了砰击模型试验.在船底砰击的脉冲三角函数形式的基础上结合试验数据重新确认外张砰击持续时间,建立了一种外张砰击压力时间分布的模型.并且基于瓦格纳型冲击理论对该船的外张砰击压力时历进行预报.预报和试验结果的比较表明,两者吻合较好,该方法能适当反映外张砰击的时历特性.

关键词：砰击压力外张砰击时间分布模型试验瓦格纳型冲击理论

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平底结构砰击压力峰值分析

上海交通大学学报 2006年第6期40卷 983-987页

作者：陈震肖熙上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200030

利用***仿真软件研究了平底结构的入水问题,建立了二维有限元模型,对不同质量的平底结构分别以等速、初速度入水的情况进行了计算.结果发现,存在于结构与水之间的空气层充当了缓冲垫,大大减小了砰击压力;结构的质量对于砰击压力大小也... 详细信息

利用***仿真软件研究了平底结构的入水问题,建立了二维有限元模型,对不同质量的平底结构分别以等速、初速度入水的情况进行了计算.结果发现,存在于结构与水之间的空气层充当了缓冲垫,大大减小了砰击压力;结构的质量对于砰击压力大小也有很大影响.研究表明,计算机仿真技术可以有效地用于结构入水问题,并能获得试验和理论研究难以发现的现象.

关键词：平底结构入水砰击压力空气垫

空气层对高速三体船连接桥砰击压力峰值影响二维仿真研究

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船舶力学 2008年第2期12卷 237-242页

作者：曹正林吴卫国武汉理工大学交通学院武汉430063

利用LS-DYNA仿真软件研究了高速三体船连桥结构的砰击问题,建立了二维有限元模型,对高速三体船结构以不同的速度进行等速入水的情况进行了计算。研究发现,存在于高速三体船主船体和辅船体与水之间的空气层充当了缓冲垫,大大减小了连接... 详细信息

利用LS-DYNA仿真软件研究了高速三体船连桥结构的砰击问题,建立了二维有限元模型,对高速三体船结构以不同的速度进行等速入水的情况进行了计算。研究发现,存在于高速三体船主船体和辅船体与水之间的空气层充当了缓冲垫,大大减小了连接桥的砰击压力峰值。通过对压力峰值与速度平方比值的无量纲系数的回归分析,发现该系数随着入水速度的增加成二次指数递减趋势;其次是假想不存在空气层进行仿真计算,与考虑空气层的计算进行比较分析,量化空气层对高速三体船连接桥砰击压力峰值的影响,并得出随着砰击速度的增加,空气层对压力峰值影响逐渐变小。

关键词：高速三体船连接桥砰击压力空气层

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三体船砰击压力数值计算方法研究

中国造船 2012年第3期53卷 110-120页

作者：贾敬蓓宗智曾艳彬孙大巍大连海洋大学航海与船舶工程学院大连116023 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室船舶工程学院大连116024 大连中远船务工程有限公司大连116113 中远船务工程集团有限公司大连116600

基于冯卡门砰击理论的基本思想,对任意形状的二维剖面入水砰击问题进行了数值研究,并且将该数值计算方法应用在了三体船船首底部二维剖面的砰击压力计算中。首先采用源汇分布法对二维剖面在不同入水深度处的附加质量进行求解,进而计算... 详细信息

基于冯卡门砰击理论的基本思想,对任意形状的二维剖面入水砰击问题进行了数值研究,并且将该数值计算方法应用在了三体船船首底部二维剖面的砰击压力计算中。首先采用源汇分布法对二维剖面在不同入水深度处的附加质量进行求解,进而计算得到附加质量随入水深度的变化。在剖面入水速度已知的情况下,即可求得剖面的砰击压力值。然后以二维楔形体入水砰击为例,采用本文的数值计算方法对不同底部升角的砰击压力系数进行了数值计算。并且将数值计算结果与模型试验数据进行了比较,结果显示在底部升角大于10°的情况下,两者符合良好,从而验证了该数值方法的可行性。最终,利用该方法对三体船船首底部二维剖面的砰击压力进行了研究。

关键词：冯·卡门砰击理论楔形体砰击压力三体船

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船舶表面点砰击压力的预报方法

船舶力学 2005年第1期9卷 63-70页

作者：胡嘉骏蔡新钢中国船舶科学研究中心江苏无锡214082

本文基于线性切片理论,结合船舶在波浪中运动时历的数值模拟方法,考虑船舶表面点的运动与波浪的相位关系,给出了船舶表面点的入水速度的预报方法,再运用二维剖面入水砰击压力与入水速度之间的关系,对船舶表面入水点的砰击压力进行了预... 详细信息

本文基于线性切片理论,结合船舶在波浪中运动时历的数值模拟方法,考虑船舶表面点的运动与波浪的相位关系,给出了船舶表面点的入水速度的预报方法,再运用二维剖面入水砰击压力与入水速度之间的关系,对船舶表面入水点的砰击压力进行了预报。最后,给出了一条船的计算实例。

关键词：砰击压力船舶运动船舶强度预报方法船舶表面点入水速度

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三维楔形体与圆锥体的砰击压力

舰船科学技术 2015年第1期37卷 17-22页

作者：司海龙虞昊李政杰胡嘉骏中国船舶科学研究中心江苏无锡214082

基于有限元软件Fluent计算楔形体和圆锥体的入水砰击压力,并与试验结果进行比较,对于砰击压力分布及楔形体入水速度变化过程二者吻合较好。重点研究楔形体长宽比对砰击压力的影响。研究发现,楔形体长宽比对砰击压力影响较大,当楔形体长... 详细信息

基于有限元软件Fluent计算楔形体和圆锥体的入水砰击压力,并与试验结果进行比较,对于砰击压力分布及楔形体入水速度变化过程二者吻合较好。重点研究楔形体长宽比对砰击压力的影响。研究发现,楔形体长宽比对砰击压力影响较大,当楔形体长宽比大于3时,三维楔形体中横剖面的砰击压力计算可近似简化为具有同样剖面的二维楔形体入水问题。楔形体入水角对砰击压力极值的分布有很大的影响,相同入水速度条件下,楔形体的砰击压力极值比圆锥体的砰击压力极值大。

关键词：入水速度砰击压力长宽比

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结构弹性对底部砰击压力的影响

结构弹性对底部砰击压力的影响

作者：高群涛哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

结构的冲击入水是一个复杂的瞬态过程。在实际波浪中的船体并非为刚体，而是一个可变形的柔性体，同时，船体周围的水界质的运动也会受到船体的影响。即是说，当以高速运动的结构物与水发生接触时，不但水会对结构产生强大的砰击作用力... 详细信息

结构的冲击入水是一个复杂的瞬态过程。在实际波浪中的船体并非为刚体，而是一个可变形的柔性体，同时，船体周围的水界质的运动也会受到船体的影响。即是说，当以高速运动的结构物与水发生接触时，不但水会对结构产生强大的砰击作用力，结构的变形和变形速度反过来也影响周围的流场。在以往的绝大部分研究中，许多学者都没有考虑到结构弹性的影响，把结构都视为刚性的。本文主要是在Ochi的最大压力表达式的基础上，采用工程实用方法，考虑结构在砰击时的弹性效应(冲击载荷使结构产生变形，而该变形和变形的速度又反过来影响流场的变化)，求解平底结构入水时的弹性砰击压力及弹性效应系数η。通过对不同的剖面型线、不同的板厚、不同的入水速度、不同的长宽比的平板结构的计算，给出了一系列关于η的图谱和回归公式。这样在实际应用时，便可以根据刚体砰击压力以及由回归公式(或图谱)所得到的η，估算弹性砰击压力。

关键词：砰击压力结构弹性图谱回归公式

畸形波作用下新型浮式风机砰击压力预报方法研究

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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畸形波作用下新型浮式风机砰击压力预报方法研究

作者：张井喜江苏科技大学

学位级别：硕士

近年来,受能源需求扩大和环境保护的影响,海上风力资源的开发利用逐渐受到世界各国的重视,半潜浮式风机具有建造安装成本低,抵御风浪能力强,风能采集稳定等优点,成为开发深海风能的首选形式。我国拥有广袤的海洋面积,浮式风机的开发有... 详细信息

近年来,受能源需求扩大和环境保护的影响,海上风力资源的开发利用逐渐受到世界各国的重视,半潜浮式风机具有建造安装成本低,抵御风浪能力强,风能采集稳定等优点,成为开发深海风能的首选形式。我国拥有广袤的海洋面积,浮式风机的开发有巨大的发展空间。因此,本文基于西班牙X1 Wind公司提出的浮式风机概念构型Pivot Buoy,设计了一种质量更轻、运动性更优异、生产建造成本更低的半潜新型浮式风机,并对其敏感结构展开了砰击压力特性研究。畸形波具有波高巨大、传播速度极快、偶发性强和能量集中等特点,对海洋工程结构物的危害极大,近年来受到越来越多的关注。新型浮式风机由于质量轻,主体细长杆结构较多,在恶劣海况特别是畸形波作用下更容易遭受巨大的波浪砰击,造成结构破坏,威胁风机系统的安全。因此,本文结合组合波浪聚焦模型和推板造波理论,在数值水池的指定位置,指定时间模拟生成了畸形波,重点研究了新型浮式风机在畸形波恶劣海况下的波浪砰击特性。本文对风、浪和流组成的复杂海况综合考虑,提出了运用CFD时域全耦合分析方法研究和预报波浪砰击的分析方法,基于此方法研究了新型浮式风机在系泊状态下不同周期、波高、浪向和流速四个环境参数对风机关键敏感部位（立柱、横撑、斜撑）波浪砰击压力的敏感性。在此基础上,针对畸形波恶劣工况,展开了新型浮式风机遭遇畸形波砰击时,风机敏感部位砰击载荷特性研究。最后,对新型浮式风机进行了水池模型试验,水池试验与数值模拟结果比对,验证了数值方法的准确性。具体研究内容包括:（1）针对新型浮式风机,建立了一套基于粘流理论的数值水池,通过与理论值对比,对数值水池网格密度进行验证,优选出一套合理的网格模型。（2）在数值水池中设计了一套浮式风机的系泊系统,运用重叠网格技术,建立了研究和预报新型浮式风机波浪砰击压力的时域全耦合分析方法。（3）运用上述方法研究了系泊状态下新型浮式风机关键部位（立柱、横撑、斜撑）的波浪砰击压力特性,进行了浪向角、波高、周期、流速等系列参数对新型浮式风机波浪砰击压力的敏感性研究。研究结果表明,波浪砰击压力特性与浪向角、波高、周期、流速关系密切。砰击压力主要分布在风机立柱与横撑的交界处,此结果为新型浮式风机的结构设计初期的局部加强提供了理论支持。（4）基于聚焦波模型,结合推板造波理论,在数值水池的指定位置,指定时间实现了强非线性畸形波。开展了畸形波作用下新型浮式风机的波浪砰击特性研究,重点分析了新型浮式风机敏感部位受到畸形波砰击时的压力分布特性,结果表明新型浮式风机受到畸形波砰击时,风机不同结构表面砰击压力剧增,撑杆表面出现负压现象,立柱表面测点的砰击压力呈现出“双峰”现象。（5）基于相似性准则,设计缩尺比为1:50的风机模型和系泊系统,在物理水池中进行了规则波和随机波工况下的新型浮式风机波浪砰击试验,通过自由衰减试验测得新型浮式风机的横摇、纵摇和垂荡的衰减周期。针对不同波高、周期、浪向等系列参数,多角度分析了新型浮式风机敏感部位受到的波浪砰击压力参数敏感性。最后,水池试验与数值模拟结果比对,验证了数值方法的准确性。综上,本文提出了分析和预报浮式风机波浪砰击压力的方法,对新型浮式风机关键部位的砰击压力分布特性展开了较为深入的研究。研究成果对海上浮式风机设计与工程应用具有一定指导和参考价值。

关键词：新型浮式风机 CFD方法畸形波砰击压力参数敏感性