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液舱晃荡与船体耦合运动的全非线性数值模拟与分析
| 论文题名： | 液舱晃荡与船体耦合运动的全非线性数值模拟与分析 |
| 关键词： | 液化天然气船;液舱晃荡;船体自身运动;耦合作用;全非线性;数值模拟 |
| 摘要： | 近年来，随着全球对天然气的需求激增，作为运输工具的液化天然气船(LNG)在世界船舶建造市场中占据了越来越重要的地位，与LNG船相关的理论研究也成为热点。与普通船型不同的是，LNG船型存在液体舱室，在实际海况中，船体在波浪中会产生运动，进而造成舱室中液体晃动，而晃荡过程中产生的载荷反过来又会对船体自身的运动及其耐波性、安全性等性能产生一定影响。因此，对液舱晃荡和船体自身运动之间的相互作用机理进行研究具有重要的工程实际意义。 本文基于全非线性势流理论，应用二维边界元法分别研究了波浪作用下浮体的自由运动问题、强迫激励下的液舱晃荡问题，进而构建了波浪中船体自身运动与液舱晃荡耦合作用的时域数值模型。数值模拟过程中采用半混合欧拉一拉格朗日方法(Semi-MEL)实时更新瞬时自由液面，运用四阶龙格一库塔法对自由表面边界条件和刚体运动方程进行数值积分，应用辅助函数法求解速度势的时间导数φ1。在上述数值基础上，本文对波浪作用下船体自身运动和舱室内晃荡运动进行了解耦计算，并将本文计算的船体运动响应结果与其他学者的数值结果、实验结果进行对比，验证了数值方法的正确性。 为了研究舱室内液体晃荡对船体运动的非线性耦合作用，本文考虑了入射波频率、波幅和载液率的改变对船体三自由度运动幅值响应算子(RAOs)的影响，结果表明:波浪作用力和晃荡诱导力的大小以及两作用力的相位差决定了船体运动RAO的值;对于横摇运动最显著的耦合影响是船体的横摇RAO曲线特征由单峰值变化为双峰值，高频区峰值与液舱晃荡有关;另外，船体的横摇运动响应幅值非线性正比于入射波波幅，这是由于晃荡诱导力矩的非线性变化导致了船体非线性的横摇运动。 |
| 作者： | 王瑾 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计与制造 |
| 导师： | 吴国雄 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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