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原文传递船舶局部砰击载荷与结构响应计算方法研究

论文题名：	船舶局部砰击载荷与结构响应计算方法研究
关键词：	船舶设计;结构强度;砰击载荷;有限元分析
摘要：	船舶局部砰击载荷与结构响应是船舶结构安全设计中的关键问题，也是目前船舶结构领域的热点问题。为合理地设计频繁遭受砰击的船舶局部结构，同时也增加我国在国际船级社协会共同规范制定中的话语权。本研究主要内容包括：　　⑴从二维砰击问题入手，开展了刚性楔形和曲线剖面的入水砰击研究。通过分析楔形剖面入水砰击的“modified Logvinovich model”(MLM)解析模型，本文提出了一种半解析模型，该模型修正了楔形剖面斜升角较大时，MLM解析模型中不合理的负压区域和压力分布，并且能够处理流动分离问题。利用楔形剖面入水的半解析模型，给出了一种曲线剖面砰击压力峰值系数预报方法，该方法能够考虑斜升角变化对砰击压力峰值系数的影响。通过对比半解析模型和商业软件LS-DYNA的计算结果，验证了半解析模型在楔形和曲线剖面入水砰击问题分析中的适用性。　　⑵考虑到实际结构的弹性效应，本文提出了一种用于分析复杂楔形板架入水砰击的水弹性方法，并开发了相应程序实现数值计算。利用水弹性程序和LS-DYNA软件来求解弹性板条梁模型的入水砰击问题，通过对比两种方法的计算结果，分析出流固耦合动力方程中的阻尼项存在不合理，并引入了阻尼修正系数来改进计算结果。针对板条梁模型和板架模型，通过对比阻尼修正的水弹性程序和LS-DYNA软件的计算结果，验证了本文水弹性方法的正确性。　　⑶开展了二维、三维模型的落体砰击载荷试验。通过试验数据的分析，验证了试验具有较好的稳定性。针对二维剖面模型落体试验，通过对比砰击压力载荷试验值和LS-DYNA软件计算值，验证了本文利用LS-DYNA软件分析入水砰击问题的正确性。介绍了三维首部模型落体砰击载荷试验技术，通过对试验数据的分析，提出了一种快速预报三维首部外飘砰击压力峰值系数的计算方法。　　⑷开展了波浪中船舶局部砰击载荷的研究。基于三维线性频域理论和三维非线性时域理论实现了船首局部位置与波浪之间相对运动的计算。通过对短期设计海况下垂向砰击速度的概率分析得到了垂向砰击速度设计值。结合垂向砰击速度和砰击压力峰值系数，得到了只考虑垂向运动的砰击压力设计载荷。综合三维线性频域方法、砰击速度的概率分析方法、模型试验结果和规范方法，给出了一种更为理性的船首外飘砰击压力设计载荷直接计算方法。　　⑸开展了砰击载荷作用下局部结构响应的研究，并给出了一种实船局部强度评估的直接计算方法。引入了等效静力系数，建立了局部结构动力响应和静力响应之间的联系。针对弹性板架入水砰击问题，分析了砰击速度、斜升角、边界条件和网格密度对等效静力系数的影响。利用弹性板架入水分析得到的相关结论，建议可通过局部结构入水砰击的水弹性分析来实现不同位置等效静力系数的直接计算，进而实现了砰击载荷作用下实船结构的屈服、屈曲评估。　　⑸通过对刚性剖面入水砰击、弹性楔形板架入水砰击、砰击载荷模型试验、波浪中船舶局部砰击载荷和砰击载荷作用下局部结构响应几方面的研究，形成了一套实船局部砰击强度评估的直接计算方法，从而为船舶砰击加强结构的合理设计提供了参考。
作者：	于鹏垚
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	任慧龙
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文