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基于两步法的VLCC砰击压力载荷预报研究
| 论文题名： | 基于两步法的VLCC砰击压力载荷预报研究 |
| 关键词： | 运油船舶;砰击载荷;计算流体动力学;两步法 |
| 摘要： | 船舶在恶劣海况下航行过程中不可避免地会受到波浪对船体的冲击作用，再加上船体本身的垂荡和纵摇运动，船艏和其他部位会因频繁的出入水发生砰击作用，船艏受到的砰击力会对船舶的安全构成严重的威胁，不仅会造成船体结构不可逆转的形变，甚至会引起某些关键结构的破坏从而导致严重的后果。因此对船舶砰击载荷进行合理的预报对于船舶的设计工作具有非常重要的意义。 本文经过广泛的参考调研，针对目前国内外砰击研究的现状，提出了采用两步法对船舶局部位置的砰击压力载荷进行预报。第一步通过采用基于势流理论的水动力学软件对船舶在波浪中的运动响应进行了数值计算，对船波相对运动情况进行预报，经过缩尺比换算得到模型的船波相对运动情况。第二步，根据剖面形状建立模型尺寸的等截面的三维立体模型，根据第一步得到的运动情况，通过CFD方法模拟剖面入水，得到计算点的砰击压力，再经过缩尺比换算为实船上的砰击压力载荷。 在计算之前，为了验证CFD方法计算砰击压力载荷的准确性，本文针对两个模型试验开展了模拟仿真计算。经过研究对比，采用了PISO求解算法，多相流模型VOF，标准k-ε模型湍流求解方法以及动网格技术，使用Fluent软件对模型试验进行了模拟计算，探讨了网格大小以及时间步长对砰击压力、加速度、速度等结果的影响，并将模拟计算结果与模型试验结果进行了对比，验证了采用CFD方法计算砰击压力载荷的可行性。 本论文针对某VLCC船给出了使用两步法的计算实例，首先是采用基于三维势流理论的水动力学软件WASIM对船体在规则波中和不规则波中航行时的运动进行预报，得到了计算点发生砰击时的最大船波相对速度，并拟合出该时刻的船波相对速度公式。然后采用上述的CFD计算方法，根据以上得到的船波相对运动速度，针对剖面模型入水砰击进行了模拟，得到了剖面上计算点的砰击压力曲线。 同时，某研究所针对该船进行了模型试验，测得了船体模型在波浪中航行过程中测点的砰击压力情况，而且本文介绍了《散货船油船协调版共同结构规范》计算砰击载荷的方法，并且根据规范要求对计算点的砰击载荷也进行了计算。最后将实验统计结果、规范计算结果以及本文提出的两步法的计算结果进行了对比，验证了两步法预报船舶砰击载荷的可行性，对深入研究船体砰击问题提供了有价值的参考。 |
| 作者： | 赵中榜 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 骆寒冰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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