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甲板上浪冲击载荷试验与数值模拟
| 论文题名： | 甲板上浪冲击载荷试验与数值模拟 |
| 关键词： | 冲击荷载;结构变形;数值模拟;船舶结构设计;航运安全性;甲板上浪;受力分析 |
| 摘要： | 甲板上浪对于船舶和海洋平台的安全和作业是一个非常重要的问题.对于在汹涛中航行时的船舶和在恶劣天气中作业的FPSO(浮式生产油船),强烈的甲板上浪冲击荷载和湿甲板上积水剧烈的晃荡压力会对结构产生强烈的冲击，造成结构的变形，甚至破坏. 船体所承受的非线性波浪力、砰击和甲板上浪等非线性载荷及船体结构变形及船体局部强度评估等是船舶结构设计中亟待解决的新问题。研究甲板上浪能够促进带自由面的强非线性力学问题的数值模拟技术和模型试验技术的发展，能够推动相关学科的发展和进步，进而促进船舶设计理论、设计水平和航运安全性的提高。 甲板上浪是一个非常复杂和非线性的过程。研究甲板上浪的基本方法有理论分析方法、模型试验方法和数值计算方法。理论分析主要是在势流框架下的线性分析理论，如浅水波理论等等，模型试验是指采用各种测量技术捕捉指定试验工况下甲板上浪特征参数的信息，数值计算方法就是指控制方程的数值离散、流场网格的划分，和自由表面追踪方法等等。其中，在极端波浪条件下的强非线性波浪与船舶运动的耦合试验方面和甲板上浪过程中，波浪冲击、破碎、翻卷等非线性现象的数值模拟，以及与结构的相互耦合作用分析尚待深入研究。本文以CFD软件FLUENT为平台，采用VOF法追踪自由表面，水池实现了数值造波和二维与三维的甲板上浪的数值模拟计算。 本文所作的主要的工作如下所示： 1）基于PIV和浪高仪测试技术,在波浪水槽中对二维的方形浮体在规则波中的甲板上浪进行了试验，得到了上浪水在甲板上的水位高度及波浪沿船首爬行、变形、破碎的过程。 2）采用VOF法和推板造波原理，建立了一个二维数值波浪水槽，数值模拟了对应试验的二维浮体模型在不同姿态下的上浪，得到了在不同工况和不同倾角下甲板上浪的波形时历。 3) 通过浮体在不同波浪和姿态下的甲板上浪试验，得到了一些甲板上浪的统计规律。数值模拟所得的结果与试验所得的结果进行了比较，验证了数值模拟的可行性。数值模拟可以作为分析类似甲板上浪这类复杂非线性问题的手段。 4) 在粘性流体框架下，采用VOF法建立了一个三维数值波浪水槽，模拟了一个简化的固定的船体模型的甲板上浪过程。通过模拟计算，得到了甲板上水高度时历，甲板上载荷和甲板室载荷。 本文的研究表明数值模拟结合模型试验是分析甲板上浪的一个有效手段，同时试验研究了不同工况和姿态下甲板上浪，得到了一些上浪的统计规律。同时由于数值模拟波浪与运动浮体的相互作用非常复杂，尤其是受力分析和网格的影响，因此需要在该研究领域开展更加深入的研究和探索。 |
| 作者： | 张照钢 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物 |
| 导师： | 朱仁庆 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏科技大学 |
| 学位年度： | 2008 |
| 正文语种： | 中文 |
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