基于临界碰撞速度的船舶结构耐撞性优化

分析船舶结构碰撞破损、能量转换和碰撞力间的关系,提出以临界撞速为耐撞性指标的船舶结构耐撞性评价模型,建立了船舶结构耐撞性优化方程.以2艘渔船发生正碰为例,开展了船舶碰撞的数值计算.比较了撞击速度对结构碰撞特性的影响,确定了临界撞击速度,给出了以提高船舶结构临界撞速为目标的结构改进建议.数值计算结果表明,基于临界撞速的船舶结构耐撞性评价指标具有可行性.     

泡沫填充类蜂窝夹层结构的耐撞性

本文创新构型一种聚氨酯泡沫填充类蜂窝夹芯结构,取类蜂窝胞元壁厚分别为0.3、0.5、1.0 mm,运用数值模拟方法对该填充结构在不同冲击速度作用下的耐撞性进行了系统研究,并分析了类蜂窝胞元壁厚对结构耐撞性及变形机制的影响。结果表明,在7、14、33 m/s冲击载荷作用下,类蜂窝胞元壁厚为0.3 mm填充结构的比吸能、载荷稳定性及吸能效率要高于其他两种壁厚结构的相应值,此条件下填充结构的耐撞性最优,胞元壁厚为0.5 mm结构的耐撞性次之。对于该泡沫填充类蜂窝结构而言,减小类蜂窝胞元壁厚能显著提升结构的载荷稳定性,在相同胞元壁厚条件下,填充结构在低速载荷冲击作用下表现出了比中、高速冲击作用下更优的载荷稳定性和吸能效率。     

用水弹性方法分析船型对波浪载荷的影响

建立了计算船舶波浪外载荷的水弹性有限元模型，将船体梁作为修正的Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁，受力分析采用切片理论．避免了由于船体干模态与流体动力不正交引起的弊端．并分析船型对波浪载荷的影响．     

江海联运船舶艏部砰击性能研究

考虑江海联运船舶大外飘、小型深的结构特征,研究了江海联运船舶艏部结构在砰击载荷作用下的力学性能。阐述了船舶砰击理论,将船舶艏部结构遭遇的砰击载荷分解成入水冲击压力、撞击冲击压力以及甲板上浪载荷。针对江海联运的45 000 DWT散货船进行砰击的数值模拟,计算载荷包括不同航速下的舷外静水压力、艏外飘砰击压力以及甲板上浪。结果显示应力和变形受砰击载荷影响很大,很有必要对艏外飘结构进行相应的结构加强以及疲劳强度评估。     

内倾船型耐波性方案论证与数值分析研究

应用线性船舶水动力学理论,采用边界元法中的混合分布源法直接求解有航速船体在规则波中航行时的速度势函数,构建了船体波浪作用力及运动响应的计算模型。基于Wigley数学船型,对内倾式船型的方案设计开展了耐波性的数值计算,比较分析了不同内倾船型方案的波浪作用力及运动响应变化规律。数值结果表明:船舶艏部型线的内倾在一定程度上可加剧船体的纵向运动响应,而对波浪作用力的影响不显著。     

应用FLUENT软件优化船舶阻力性能

采用商业CFD计算软件FLUENT,粘性数值模拟绕一种复杂船型--带球鼻般艏和双艉的丰满船型的流动,通过流线显示辅助改进了船体外形,改善了船体的阻力性能.研究了船型改进前后艉部隧道中纵剖线所处平面的流线分布和船舶总的粘性阻力系数,结果表明改进后的船舶的摩擦阻力系数与ITTC阻力系数公式的计算结果自洽,验证了数值计算方法的正确性和有效性.     

艏柱对高速船顶浪中水动力性能影响

依托NPL 4b船型的实验数据,分别验证了基于STF切片理论和雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方法计算程序的可信度.采用带尾端修正的STF切片法计算并分析了4种不同艏柱船型的高速船舶在顶浪、Froude数为0.8、遭遇频率为2~20rad/s条件下航行时的耐波性能,采用RANS方法得到在设计航速和波长为1.5倍船长的顶浪规则波中船舶运动的时历曲线,建立了顶浪规则波中,船体周围的兴波特性和船舶本身深沉、纵摇与船舶阻力(摩擦阻力和剩余阻力)的关系.同时,讨论了4种不同艏柱船型的水动力性能的优劣及其适用的对象船舶.结果表明,在高速航行中,NPL 4b母型船的摩擦阻力较小,斧头型艏船的兴波性能最佳,穿浪体型艏船在波浪中的总阻力最小.     

载荷增减时船舶稳性计算新方法

分析了载荷增减时船舶稳性现行计算方法的局限和缺陷，依据船舶装载稳性计算及数值逼近原理，提出了计算新方法。该方法既克服了现行方法的不足，又便于船舶实际应用。     

船舶板梁组合结构的冲击破损

探讨了船舶板梁组合结构的冲击动力响应现象，采用非线性有限元方法，在经典刚塑性近似理论的基础上，考虑了材料非线性、大变形效应和弹性效应，研究了在质量冲击载荷下结构从弹塑性变形到结构撕裂破坏的动态力学过程。对典型船体结构部件的破损动态过程和能量吸收等进行了数值模拟和研讨，并给出了一个典型船舶碰撞算例。     

用水弹性方法分析船型对波浪载荷的影响

建立了计算船舶波浪外载荷的水弹性有限元型，将船全梁作为修正的Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁作为修正的受力分析，受用切片理论，避免了由于船全干模态与流体动力不正交引起的弊端。并分析船型对波浪载荷的影响。     

高速船垂向振动计算的流固耦合分析

寻求一种既能提高高阶计算精度,又计算简便能满足工程要求的实用计算模型,以提高振动预报的精度,这对于高速船的设计计算是迫切需要的,建立了二维模型杆-膜和梁-膜模型,船体结构部分采用二维有限元法计算,流体部分采用考虑线性自由表面条件和采用高频极限近似两种二维边界元法计算,应用改进的行列式搜索法以及交叉迭代法求解特征值及对应的特征向量,解决流固耦合问题.通过采用不同的附加质量计算方法以及不同的模型(杆-膜或梁-膜模型)分别进行计算,并对结果进行了比较分析.实船计算表明,编制的程序计算结果可靠,具有较强的工程实用价值.     

一种对船桨干扰问题的黏势流耦合求解方法

基于黏性流计算流体力学(CFD)及势流理论,建立了一种黏流雷诺平均方程/面元法耦合迭代求解方法,对船桨相互作用问题进行了数值模拟.自由面的船体绕流场模拟应用CFD黏流方法,螺旋桨水动力载荷计算采用势流面元法.在黏性流场模拟中得到桨盘面处的总速度分布,减去螺旋桨诱导速度得到实效伴流速度并作为势流计算速度进口条件,螺旋桨效应以体积力的形式在黏性流场中体现.计算值与试验值的对比结果表明,黏势流耦合迭代求解方法能较好地预报船桨干扰问题,且较全域船桨离散化网格CFD求解船桨干扰的方法,计算量大为减少.该方法充分融合了黏势流方法的优点,既能计及黏性效应又能发挥势流快速准确的优势,能够拓展应用于船体及螺旋桨性能预报及设计优化的研究.     

船舶在规则波中回转运动的研究

研究了船舶在规则波中的回转性能．首先进行约束模型试验，得到了水动力系数，然后计算船舶在规则波中的回转圈．计算时考虑了波浪漂移力，并讨论波高一定时波长、舵角、船速对回转圈漂移的影响．     

基于CFD的渔船船体阻力性能预估方法

为了预估渔船实船阻力，以一艘11.75 m渔船为研究对象，基于CFD方法给出了一套完整的由船模阻力数值仿真到实船阻力换算的方法。结果表明：该方法可以有效地预估渔船船体阻力，减少设计成本；结合船舶在水中的垂向水动力，对阻力曲线中的峰值点和谷值点成因进行了分析，阐释了船舶阻力随航速的增加先增大后减小的原因。     

船舶纵向运动控制模型的建立及仿真

针对船舶在海上运动的情况,提出了一种水动力模型的建立方法.依据切片理论建立了不同浪向下船舶纵向运动的水动力模型.基于船模水池实验,在分析442 t水面舰艇典型海况下水动力系数的基础上,通过仿真研究,推导出一种实时在线的船舶纵向运动控制模型;给出了计算实例并进行了误差均值和误差方差的可信度检验,置信度95%.该模型可实时在线地计算出船舶在任何航向、航速及海情下与频率无关的船舶纵向运动水动力系数,从而得到实时在线船舶纵向运动控制模型.所建立的水动力模型拟合均方差的相对值在0.4%～13.9%,平均拟合均方差的相对值为6.6%.通过MATLAB仿真计算证明:该模型完全能控、完全能观和渐进稳定.     

应用二维有限元计算船体垂向振动

采用二维有限元法计算高速船垂向振动，船体结构部分采用二维有限元法计算，流体部分采用流体力学的二维边界元法计算，考虑了船体的变形，运用切片理论，可得船体的附连水质量，通过改变水下结构密度的方法，将附连水质量加在船体水下结构上，计算得到船体的固有频率，计算结果同实验值和Ｓｕｐｅｒｓａｐ计算结果进行了比较，表明本方法是有铲的合理的。     

侧推器协助船舶靠离泊操纵的数学模型

给出一种港内运用侧推器协助靠离泊操纵的数学模型.模型吸取日本MMG分离建模的思想,以船、桨、舵单独性能为基础,并考虑其各部分之间的相互干涉,同时考虑到靠离泊的船舶运动为低速、大漂角的特点,对作用于船体上流体力及桨、舵力都提出了相应的算法,将侧推器数学模型应用到该模型中,并运用MATLAB语言以某集装箱船为例进行了模拟仿真.经有关船长验证,仿真计算结果基本满足工程要求,可为完善船舶操纵模拟器提供一定的理论基础.     

调距桨锁轴拖带工况最小拖桨阻力和水动力矩

采用计算流体力学方法,对某典型5叶调距桨锁轴工况拖桨阻力以及相应的水动力矩随螺距和进流速度的变化特性进行了数值计算,分析了这些特性的流体力学机理. 数值计算基于有限体积法,通过数值求解螺旋桨周围三维黏性不可压缩流场RANS方程来模拟螺旋桨在各种工况下的流动特性. 计算结果表明：来流速度相等时该调距桨在最大正车螺距时拖桨阻力最大,其幅值约占同航速下船体阻力的80%,水动力矩也最大;在最大倒车螺距时拖桨阻力最小,其幅值约占同航速下船体阻力的50%,水动力矩比最大正车螺距时显著减小;零螺距时拖桨阻力大小居中,而水动力矩最小,接近为零. 上述结论可为船舶动力装置部分桨工况时联控曲线的设计和锁轴机构的设计提供理论参考.     

考虑侧壁效应修正的循环水槽船模斜航试验水动力计算

采用计算流体动力学技术,以KVLCC2船模为对象研究速度修正方法对斜航水动力修正的影响及其适用工况,并与循环水槽试验结果对比以验证速度修正方法的有效性;采用Tamura速度修正公式对宽阔水域的试验流速进行修正,将速度修正前后的水动力及流场特征与循环水槽斜航试验的计算结果进行对比.结果表明:Tamura速度修正公式在阻塞比为3.5%~5.0%时有效,阻塞比过大将会加大船体两侧流场流速的变化;循环水槽中船体两侧的压力分布与其在宽阔水域中的差别较大;速度修正方法会同时增大船体两侧的压力,因此,在一定的阻塞比范围内可以减小两者的水动力差异,但当阻塞比继续增大时会增大两者的水动力差异.同时,基于低速风洞试验的阻塞效应修正方法提出了低速肥大型船循环水槽斜航试验的横向水动力修正公式.     

一种基于计算流体力学的三维船舶横摇阻尼预报方法

针对三维船体强迫振荡运动,以黏性流理论为基础,通过求解雷诺平均纳维 斯托克斯(Reynolds averaged Navier Stokes,RANS)方程,计及自由面影响情况,对S60船在有航速和无航速时不同幅值的横摇运动进行了数值模拟.分析计算了三维船模的横摇阻尼系数,研究了横摇幅值和航速对横摇阻尼的影响,并与试验值和势流计算值进行了比较.结果表明,数值模拟能够显现出船体流场非线性特征以及黏性的影响,横摇阻尼系数与试验值吻合良好,较势流方法预报更为准确,可广泛应用于船舶与海洋工程浮式结构物的水动力性能分析研究.