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有转角三维结构物入水砰击数值模拟研究
| 论文题名： | 有转角三维结构物入水砰击数值模拟研究 |
| 关键词： | 船舶工程;有转角;三维模型;砰击载荷;有限体积法;CFD方法;VOF技术;动网格技术 |
| 摘要： | 船舶在恶劣海况中航行时，船首会因为频繁出入水情况受到水动力冲击作用，产生的砰击载荷作用于局部结构，引起局部结构的变形，严重时会导致局部结构发生损坏，随后传至整个船体，对整个船体结构造成很大威胁。船舶在斜浪中航行时，由于横摇运动，会使得船首在下落入水时带偏转角度，发生砰击作用时的船首斜升角变小，艏部受到的砰击载荷可能会比顶浪航行时垂直下落入水砰击更加严重，合理预报船舶在斜浪中航行时带转角的下落砰击，对船体整体结构与航行安全有重要意义。 针对结构物带角度的垂向入水问题，国内外学者大都以二维剖面模型研究为主，对由结构物三维效应产生影响考虑较少，三维方向的射流对砰击压力有很大作用，有必要对结构三维方向的压力分布作详细的研究。本文综合多位研究人员的学术成果，对船首模型进行简化，沿纵向将二维剖面模型拉伸成为三维结构物，使用CFD软件配合动网格等技术对楔形体砰击试验与转角度艏外飘模型的下落试验展开研究，计算得到下落过程中垂向加速度，砰击压力的时域变化，并对砰击压力沿结构物横剖面湿表面、沿三维纵向的分布情况及下落过程中产生的二次冲击等现象做了详细的论述。数值模拟结果与试验数据吻合良好，验证了 CFD技术在预报有转角结构物下落时砰击压力载荷方面的可行性，展现了CFD技术的高效性能。 文章首先从几何模型较为简单的楔形体转角试验入手，进而分析几何外形复杂的外飘型船首模型。研究了不同转角（入水斜升角）对砰击压力载荷的影响，不同下落高度（入水速度）对砰击压力载荷的影响，并用VOF技术对砰击压力沿横剖面湿表面的分布情况做了细致研究，着重分析讨论砰击压力在三维纵向的变化。 本文在前人研究的基础上，研究有转角结构物下落入水砰击问题，对利于理解斜浪中砰击载荷，为后面的研究人员在本文的基础上继续研究结构物的入水砰击问题提供可靠的依据，具有重要的理论意义和工程应用价值。 |
| 作者： | 张跃 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 骆寒冰;李怀亮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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