一艘浅吃水丰满海船的砰击测量

(一)前言船在汹涛中以一定速度航行时,由于较大的纵摇和升沉运动,船首会频繁地与波面发生碰撞,激起浪花飞溅,这种现象称为砰击。砰击一般有三种类型。一种是底部露出水面后,当它再入水时发生的碰撞现象,称为底部砰击。有时船底不一定出水,只因首部型线有显著的外飘,当与海浪相遇时,也会使船体遭受巨大的突加水动力,这属于外张砰击。还有一种叫作上浪砰击,它是由海     

集装箱船结构设计波浪载荷计算

考虑非线性波浪载荷,提出了集装箱船结构直接设计法中设计波浪载荷的确定思路和方法.按此思路编制了程序,并对一艘集装箱船作了相应计算,将弯矩传递函数计算结果与相应模型试验进行了比较,预报趋势和最值与模型试验结果都有较好的一致性.将非线性波浪弯矩计算结果与德国劳氏船级社(GL)规范公式结果及国际船级社协会(IACS)标准进行了比较,结果显示非线性中拱中垂波浪弯矩的比值处于GL和IACS之间,非线性中拱中垂合成弯矩较非线性波浪弯矩平均增加了20%到35%.发展了一种改进的非线性切片理论和方法,用于计算包括外飘砰击、底部砰击和甲板上浪引起的非线性波浪载荷,适合于确定非线性的设计波浪弯矩和合成弯矩.     

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.     

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.     

FPSO底部砰击运动与荷载预报

提出了一种适用于FPSO底部砰击运动与荷载的计算方法.用频时转换将以Green函数法计算得到的运动谱变换到时域中,实现底部砰击发生的预测;根据经验公式法,实现底部砰击荷载的预报.计算中考虑了波浪与船的遭遇相位角和不同设计波周期对底部砰击荷载的影响.该方法可方便地用于预报FPSO在其工作海域环境条件下的首底砰击荷载及其发生的频率,其计算结果可作为砰击导致的FPSO底部板壳疲劳分析的输入,也同样适用于不同浪向角和不同装载状态下砰击荷载预测的计算.     

船艏外飘砰击三维仿真研究

砰击是运动着的船体与波浪相互作用而产生的高度非线性现象。一般包括底部砰击、外飘砰击和上浪砰击三种类型。本文利用Ls-dyna软件研究了江海直达船船艏外飘砰击压力,建立了包含空气、水和三维船艏的流固耦合模型。提取有限元模型中的外飘砰击压力,探讨在不同速度以及不同入水角度下,外飘砰击压力与速度的关系,以及外飘砰击压力沿船长和沿高度方向的分布规律。     

大型水面舰船波浪设计载荷的模型试验研究

针对大型水面舰船的波浪设计载荷计算,首先研究了国内外三种军规中的波浪载荷设计值计算方法,以某大型水面舰船为例,得到其设计载荷,并在拖曳水池中对该船进行了分段模型载荷试验.通过规范计算结果和试验结果的比较发现:现行军规对砰击弯矩的考虑不够充分,相对于模型试验结果规范得到的砰击弯矩值偏小而波浪弯矩值偏大.所得到的大型水面舰船波浪设计载荷特性可以为该型船舶波浪载荷理论计算的验证和改进提供参考,也为船体结构设计和有限元直接计算提供了依据.     

集装箱船非线性波浪载荷作用下的疲劳损伤分析

本论文针对集装箱船结构直接设计中所涉及的非线性波浪载荷疲劳损伤问题从理论方法、计算和应用等方面开展研究．采用谱分析方法，研究了非线性波浪弯矩及砰击弯矩对船体结构疲劳损伤的影响，并完成一个实例计算．     

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.     

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．     

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.     

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。     

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。     

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.     

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。     

海浪统计资料对船舶波浪弯矩设计值的影响

对船舶特别是超规范船舶进行结构的直接计算设计时,设计人员应合理选择船舶航行海域的海浪长期统计资料,根据船舶的装载工况及实际可能达到的航速,借用线性理论或非线性理论进行波浪弯矩的长期预报来确定设计值．文中就一艘大型集装箱船舶,按五个典型海域的海浪统计资料,对波浪弯矩及波浪合成弯矩作了长期预报计算,并与ＩＡＣＳ的统一纵强度要求ＵＲ－Ｓ１１的结果作比较和分析,给出了对船舶结构直接计算设计有指导意义的几点结论．     

非线性畸形波所致的平台底部砰击载荷及结构响应数值模拟

基于求解2维N-S方程和流体体积(VOF)法建立数值水槽,采用Peregrine呼吸子解模型进行非线性畸形波的造波,采用2维有限元法对平台下甲板结构离散,并以一种流固耦合算法针对非线性畸形波平台底部砰击进行数值模拟.计算了该砰击问题中非线性畸形波引起的砰击载荷,并揭示了其与相同波高、波长2阶规则波引起砰击载荷的不同.考虑平台下甲板结构为弹性体的结构响应,在平台下甲板结构存在垂向初速度的条件下得到了平台下甲板结构位移时历,并采用快速傅里叶变换(FFT)对频率响应进行了分析.     

结构物砰击入水问题研究进展

结构物砰击入水问题是一类复杂的流固耦合问题,具有广泛的工程应用前景。结构物从一定高度落下以一定速度砰击水面,早期主要针对砰击入水过程的结构响应开展研究,而对入水后水下压力场突变和兴波等却研究较少,而随着大型桥梁和海洋工程日渐增多,在这些工程的施工和使用过程中也出现了大型结构物砰击入水的现象,如广东九江大桥被撞垮塌后大面积桥面落入水面等,这种砰击入水后水下压力场突变和兴波等会对周围结构物产生一定影响,评价这种影响对施工和设计具有现实的工程意义。文中综述了过去七十多年里人们在结构物砰击入水问题研究中取得的成果,分别从理论分析、试验和数值方法三个方面介绍了结构物砰击入水的研究进程,比较了各种研究方法的优缺点,再以九江大桥桥面垮塌为例,提出采用结构物砰击入水理论来评价此类大型结构物砰击入水后水下压力场突变和兴波效应等对周围结构物如桥梁桥墩结构的影响,最后展望了结构物砰击发展方向以及将其应用在桥梁建设过程中的可行性。