基于船模试验大外飘船型入水问题的分析

在拖曳水池对四条艏部线型不同的姊妹船进行了分段模型砰击试验,通过对模型砰击压力及运动的测量,提出针对外张砰击的压力持续时间和砰击系数的计算公式,提出的砰击时间计算公式更能够反映出不同位置处和不同海况下的差异,而基于砰击系数计算公式预报的压力峰值与试验结果也比较一致.引入外张度这一概念来衡量艏部线型变化对砰击压力的影响,结果表明:在低海况下,四条船测得的结果很接近,这说明此时线型的变化对砰击带来的影响不大,但随着海况越大,线型的变化对砰击带来的影响也越大.     

船舶外飘砰击有效砰击角概率分布

基于海浪波面斜率的随机性,研究了船舶外飘砰击有效砰击角的概率分布问题.将垂直法平面内船体表面斜升角在初始纵剖线角处泰勒展开,根据船舶运动的随机特性推导了船体表面斜升角的概率密度函数;在随机海浪波面斜率、波面倾角的统计规律和波浪破碎判据条件的基础上,推导了有效砰击角随机变量的概率密度函数,为进一步研究船舶外飘砰击载荷的概率预报方法奠定了基础.     

深水浮式海洋平台水动力性能计算研究

在以边界元方法（BEM）和计算流体力学方法（CFD）构建的软件平台基础上,实现了有关深水浮式海洋平台设计中诸多水动力性能计算,包括波浪中的运动响应与荷载计算、砰击荷载预报、气隙校验、立管动力响应分析、系泊与动力定位系统评价,以及出入水问题的解与工程应用等.所有算例计算表明,计算或预报结果具有工程应用精度,可以为工程设计提供参考.     

外张砰击压力时间分布的模型试验

在拖曳水池对某集装箱船进行了砰击模型试验.在船底砰击的脉冲三角函数形式的基础上结合试验数据重新确认外张砰击持续时间,建立了一种外张砰击压力时间分布的模型.并且基于瓦格纳型冲击理论对该船的外张砰击压力时历进行预报.预报和试验结果的比较表明,两者吻合较好,该方法能适当反映外张砰击的时历特性.     

失事航天器高速入水砰击数值模拟研究

针对失事航天器入水砰击过程中水动力系数求解精度较低的问题,基于流体体积(VOF)多相流模型和自然空化条件建立了复杂结构物高速入水砰击数值模型,模拟圆柱体入水砰击过程,对砰击荷载、阻力系数、速度和加速度变化规律进行预报,并将数值模拟结果与试验结果进行了精度对比,验证了本研究方法的精确性.在此基础上以典型航天器为研究对象,分析砰击速度和航天器密度对其砰击荷载和水动力系数的影响.研究结果表明:航天器残骸的砰击速度和密度对其阻力系数影响较小,阻力系数稳定值约为0.35;航天器残骸的砰击荷载峰值随砰击速度的增加而增加.     

Hamilton法计算肥大船砰击响应

通过对肥大船的分析计算，验证了用Ｈａｍｉｌｔｏｎ方法求解水弹性砰击振动方程的可行性，并对肥大船的底部砰击问题，给出一些有价值的结论。     

40m游艇艇艏砰击压力有限元分析

为了研究艇艏横倾时的砰击状况,采用数值模拟的方法对一艘长40 m钢制游艇的艇艏砰击性能进行了分析.在验证有限元方法模拟船舶入水砰击的基础上,利用ANSYS/LS-DYNA软件建立船艏二维有限元模型,分析了游艇不同入水速度和横倾角对艇艏砰击压力的影响规律,数值模拟结果为预报艇艏的砰击压力状况提供依据,为游艇的结构设计提供参考价值.     

典型外飘剖面有限水域入水砰击分析

针对大外飘船艏结构的砰击压力特性,应用重叠网格法对结构入水砰击过程进行仿真研究.分别讨论了当外飘结构底部为尖底形或球鼻艏形时,结构质量、入水初速度和流域宽度对砰击压力特性和入水速度的影响.另外,分析了限制流域宽度带来的侧壁面效应对外飘结构发生入水砰击时的自由液面抬升、水下压力分布的影响,对外飘砰击压力预报以及船艏结构优化具有一定参考意义和价值.     

大尺度储舱液体晃荡砰击压力测量方法研究

超大型浮式液化天然气生产储卸装置(Floating Liquefied Natural Gas,FLNG)储舱中液体晃荡引起的砰击荷载会导致舱壁结构强度破坏.室内大尺度晃荡模型实验是最能真实反映砰击物理过程的研究方法.由于液体和气体均具有可压缩性,导致砰击压力瞬时增大,因此,实验研究中如何准确地测量砰击载荷是关键问题.为了研究测量砰击载荷的准确性、灵敏性和可靠性,采用了大吨位的六自由度运动平台与大尺度模型舱,分别采用薄膜型和针孔型压阻式传感器对储舱中液体晃荡引起的砰击载荷进行测量,并对砰击过程进行了实验观测.从时域角度提出了从砰击发生时间来分析流体砰击垂直舱壁的过程,并采用相关性方法分析测量区域内砰击载荷的空间相关性(垂直、水平).结果表明,针孔型压力传感器对气体衰减振荡的物理现象更敏感,而薄膜型压力传感器测量的均值效应较突出;冲击点位置下方的区域在水平和垂向上具有线性相关的特性,建议在冲击点附近采用阵列式压力传感器布局,可以更准确地捕捉冲击点的发生位置和载荷量级.     

基于2D+t势流方法的滑行艇静水姿态预报研究

为了预报滑行艇在静水中的运动姿态及垂向力分布情况,采用2D+t势流方法,将滑行艇直航问题转化为二维剖面入水砰击问题,建立滑行艇静水运动姿态的时域预报模型．对滑行艇剖面入水砰击载荷采用MLM(改进Logvinovich模型)砰击模型进行计算,并针对2D+t理论对滑行艇静压力及首尾部水动力三维效应预报的不足之处进行了改进．针对滑行艇约束模,改进2D+t方法得到的垂向力沿船长方向分布情况能够与三维黏流CFD(计算流体力学)结果符合较好;针对自由模,改进2D+t方法得到的运动姿态能够与模型试验结果符合较好,证明了改进2D+t方法对滑行艇在静水中的水动力问题具有较好的预报精度．     

波浪载荷与砰击载荷联合作用下SWATH船结构动态响应

针对SWATH船特点,基于平板砰击理论,考虑砰击载荷的时变特性和空间分布不均匀性,提出了随时间和空间变化的砰击载荷公式;采用实时直接加载技术模拟波浪载荷与砰击载荷的联合作用,对某SWATH船在波浪载荷与砰击载荷联合作用下振动响应特性进行了整船数值仿真研究,讨论了砰击对结构总强度的影响. 研究发现：对于SWATH船,波浪载荷与砰击载荷联合作用有其特殊的结构响应模式. 联合作用的整体效应并不是单体船那种沿纵向的两节点弯曲振动,而是连接桥结构的横向弯曲振动;联合载荷作用对湿甲板边缘和支柱外板与横框架连接处的强度威胁较大;砰击对船体振动响应影响重大,从而影响结构总强度和总变形.     

基于波浪和砰击诱导应力幅值相关性的随机组合

通过对波浪与砰击导致的组合应力过程进行跨越率分析，并采用泊松假设确定组合极值，估计了波浪与砰击诱导应力大小的相关性对组合极值的影响．数值结果表明，波浪与砰击诱导应力大小的相关性对组合极值的影响取决于结构阻尼和砰击发生率．     

基于波浪和砰击诱导应力物理相关性的随机组合

为了反映砰击与波浪诱导应力的物理相关性以及波浪诱导应力的非规则性对组合极值的影响，依据砰击诱导应力相对于非规则波浪诱导中拱应力峰的时间延迟特性，以及砰击诱导应力的高频振荡特性，分别确定组合中拱和中垂峰值．数值结果表明，所导出的方法具有较高的计算效率，且能合理地反映结构阻尼和砰击发生率对组合极值的影响．     

基于族效应的波浪和砰击诱导应力的随机组合

为了考查砰击的族效应对波浪和砰击诱导组合应力极值的影响，定义了泊松砰击族过程。利用Hansen的结果，确定平均族间距以及砰击族发生率。当确定了相继两族砰击之间的组合极值后，可按传统的泊松砰击模型确定组合极值。数值分析表明，对于弱阻尼结构，考虑族效应会导致组合极值升高；对于强阻尼结构，考虑族效应会导致组合极值下降。     

船舶结构力学中的“伪安定”问题

从理论和试验研究两个方面论述了船舶结构力学中的“伪安定”问题．提出了一个判别结构是否发生伪安定状态的能量准则,并将这个准则具体应用于反复波浪砰击载荷作用下以及反复质量撞击作用下船舶板的伪安定分析．给出了分析实例及试验结果．分析表明：对于承受反复动载作用、边界受到约束的船舶板,当外载荷所作的总功小于板构件所能贮存的最大弹性变形能时,该结构将是伪安定的．集中质量反复撞击固支铝合金圆板的试验结果证实了理论的预报．     

工作水深对浮式平台波浪砰击影响的敏感性分析

运用风洞和水池试验结果修正后的数值模型,同时考虑平台承受的风、浪、流环境载荷,及全尺度锚泊系统,以一典型半潜式平台为例,利用ANSYS-AQWA软件对半潜式平台波浪砰击次数和砰击载荷进行了非线性数值分析.在300、400和500m工作水深,45°、90°和180°3个载荷方向上建立9个工况,以及每个工况下的10个子工况,利用挪威船级社规范,研究了工作水深对平台的波浪砰击次数和砰击载荷影响的敏感性.针对各工况中的10个子工况结果,以90%的Gumble分布值作为最终的平台气隙的结果.通过数值模拟研究表明:相同的环境载荷、锚链类型和预紧力的情况下,平台的工作水深对平台气隙和波浪砰击的影响非常敏感.因此,在平台设计过程中应充分考虑工作水深对平台气隙和波浪砰击的影响.     

计入船体变形影响的轴系动态校中研究

船体变形是影响船舶推进轴系校中质量的一个非常重要的动态因素.在研究船舶装载、波浪荷载及环境温度作用下船体变形计算方法的基础上,提出了一种轴承变位的计算方法,用以进行轴系动态校中研究.以76 000 t成品油轮为例,计算了极限装载状态下的重力分布和常遇较大海况时的波浪荷载,并分析了环境温度荷载分布.通过对整船有限元模型合...     

FPSO船体梁极限强度分析与有效生命期预报

利用理想单元法(ISUM)研究了浮式生产储油船(FPSO)完整船体与受损结构船体梁极限强度．考虑了腐蚀及碰撞对船体结构强度的影响,评估了腐蚀状态下船体极限强度随时间的变化;在人为因素风险分析基础上对该船船体有效生命期进行了预报．分析表明,船体梁极限强度是影响船舶安全的重要因素,对FPSO进行风险分析和安全评估是必要而且可行的．另一方面,将工程技术与管理科学结合起来研究安全问题是合理有效的途径．主要结论对于海事界实施综合安全评估,提高船舶或海洋结构物安全性具有理论意义和应用价值．