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外飘船型在波浪中运动的非线性水动力砰击研究
| 论文题名： | 外飘船型在波浪中运动的非线性水动力砰击研究 |
| 关键词： | 船舶运动;外飘结构;非线性水动力砰击;载荷计算 |
| 摘要： | 流体与船舶的砰击在船舶设计领域占有重要的地位，关系到船舶在大幅海浪中是否发生破损与船舶本身的水动力性能，砰击载荷的准确预报对船舶结构的相关分析如疲劳断裂和屈曲变形也有很大影响。现有的对砰击和砰击载荷的预报多是基于经验公式。应用科学而渐变的方法来预测船舶的砰击和砰击载荷既是船舶行业发展的要求，也是科学技术转化为生产力的客观需要。本文通过应用非线性边界元法结合船舶运动相关程序对S175船的船体剖面进行了大幅规则波下的砰击载荷计算，获得了较好的结果。 本文首先建立了非线性边界元法的数学模型，并对数值模拟过程中可能出现的问题进行了一一介绍并介绍和讨论了相关的处理方法，在物理坐标系下对楔形体的匀速入水和自由入水进行了模拟，将匀速入水的数值模拟结果与相似解进行了对比，获得了较好的结果。自由入水模拟过程中需要对流体的流动与结构运动之间产生的耦合情况采取相关方法进行解决。通过采用辅助函数法实现了对自由入水过程中楔形体所受外力和楔形体所具有的加速度的求解。通过不同初速度、不同质量和不同底升角的楔形体的自由入水的数值模拟对比分析了影响载荷、速度和加速度的因素。初步实现了二维物体入水的模拟。 之后对所选的船型剖面进行了入水的数值模拟。由于船型剖面具有的非线性，模拟过程中可能出现的问题会更多，也更严重，这就使得在模拟过程中需要采取更为有效的处理方法来解决出现的问题。所计算的入水模拟结果与实验值及他人的数值模拟结果进行了对比，并获得了较好的吻合。通过对S175船第1站和第18站的匀速入水、自由入水和给定运动入水的模拟，获得了大量有关的结果，并进行了详细的分析。船剖面的入水情况与自身的几何形状的关联程度比较大。 使用STF法获得了船舶在规则波下的运动响应算子。通过对垂荡运动方程、纵摇运动方程和波面方程的处理，获得了船舶任一位置的相对波面的垂向运动方程，对之求导获得了垂向速度方程。将给定的垂向运动与速度方程同船剖面的入水砰击程序进行结合，计算出了一个周期内从船剖面入水到发生流动分离时刻的载荷随时间变化的曲线，获得了相关的变化规律以及砰击过程中存在的最大载荷。 |
| 作者： | 楚振嘉 |
| 专业： | 力学 |
| 导师： | 段文洋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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