船舶波浪載荷的三維水彈性分析方法研究.pdf

1、在船舶波浪載荷的預(yù)報(bào)中，隨著大尺度、高航速、非常規(guī)船舶的出現(xiàn)，以及高強(qiáng)度鋼、復(fù)合材料等在船舶工程上的應(yīng)用，以平面流建立起來(lái)的二維方法、不計(jì)船體彈性效應(yīng)的剛體模型與僅適用于低海況低航速時(shí)的線性假設(shè)，逐漸暴露出其局限性。
　　 本文主要圍繞三維自由面格林函數(shù)方法以及三維Rankine源方法，研究并提出一套適合船舶運(yùn)動(dòng)與波浪載荷計(jì)算的三維非線性水彈性分析方法。本文著重在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了探討。
　　 首先，對(duì)目前較為常用的船體

2、干模態(tài)分析方法遷移矩陣法與有限元法進(jìn)行了比較研究；在二維粱振動(dòng)模型的基礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)有的三維剛性船體濕表面網(wǎng)格劃分方法，將船體的二維振動(dòng)形式向三維擴(kuò)展，提出了一種快捷的三維彈性體濕表面網(wǎng)格劃分方法；為了滿足Rankine源方法中在自由面布置奇點(diǎn)的需要，將基于累加弦長(zhǎng)的三次參數(shù)樣條函數(shù)的船體濕表面網(wǎng)格劃分方法加以拓展，提出了一種圓形自由面網(wǎng)格劃分方法。
　　 其次，基于三維勢(shì)流理論，考慮船體結(jié)構(gòu)的彈性變形，在頻域內(nèi)建立了適合求解中、低

3、速航行船舶運(yùn)動(dòng)和波浪載荷的水彈性分析模型。結(jié)合彈性體三維濕表面網(wǎng)格劃分方法，采用源匯分布法求解流場(chǎng)速度勢(shì)，在算得船體所遭受的各種波浪力后，建立起船體結(jié)構(gòu)在波浪上的強(qiáng)迫振動(dòng)方程，進(jìn)而求解出船體結(jié)構(gòu)各階振動(dòng)的主坐標(biāo)以及剖面載荷。通過(guò)對(duì)大型散貨船和集裝箱船的計(jì)算，對(duì)該方法進(jìn)行了驗(yàn)證，并對(duì)大型船舶的運(yùn)動(dòng)與波浪載荷的彈性效應(yīng)進(jìn)行了分析。
　　 再次，考慮物面變化引起的各種非線性因素以及砰擊力的作用，提出了一種較為高效、實(shí)用的三維時(shí)域非線性

4、水彈性波浪載荷計(jì)算方法。為了解決船舶運(yùn)動(dòng)方程的斜浪發(fā)散問(wèn)題，根據(jù)船舶操縱性理論，引入了PID自動(dòng)舵模型。將舵力(矩)的函數(shù)表達(dá)式以系數(shù)矩陣的形式計(jì)入平衡關(guān)系式，建立了考慮操縱性影響的船舶運(yùn)動(dòng)方程。針對(duì)大型散貨船，對(duì)自動(dòng)舵模型的有效性和該時(shí)域水彈性方法的正確性進(jìn)行了驗(yàn)證，并對(duì)波浪力、船體運(yùn)動(dòng)和載荷響應(yīng)的非線性程度進(jìn)行了分析。以大型集裝箱船為例，計(jì)算了考慮砰擊力后的主坐標(biāo)響應(yīng)和垂向波浪彎矩響應(yīng)。
　　 最后，基于Rankine源方法