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.     

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。     

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.     

砰击载荷作用下板结构动力学响应的参数分析

对板结构在砰击这一瞬态载荷作用下的动力响应进行参数分析,在进行动力响应计算时,考虑材料的弹塑性,分析的参数有：压力峰值、附加质量、结构刚度、载荷作用时间和连续砰击次数,通过有限元方法进行分析,为船舶设计提供有用的建议。     

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.     

穿浪双体船艏部分段模型入水砰击的数值仿真

基于商用CFD软件,结合重叠网格技术,模拟了某穿浪双体船艏部三维模型入水砰击,将模拟结果与试验数值结果和试验过程图像进行对比,以验证方法的准确性和有效性.进一步研究了双体船湿甲板砰击机理及发展过程,结果表明砰击的发展与分段模型下方残留气体溢出有关,且砰击的发展时间与连接桥下方气体的溢出时间接近,随着跌落高度的增加,气体压缩、液体飞溅等非线性因素产生的作用力与阻碍物体运动所需的砰击压力比例逐渐趋于稳定;而随着分段模型质量的增加,入水后的加速度峰值明显降低,当分段模型质量达到一定值时,加速度峰值和砰击压力峰值不受分段模型质量影响,逐渐趋于稳定值.     

平底结构砰击压力峰值分析

利用MSC.Dytran仿真软件研究了平底结构的入水问题,建立了二维有限元模型,对不同质量的平底结构分别以等速、初速度入水的情况进行了计算.结果发现,存在于结构与水之间的空气层充当了缓冲垫,大大减小了砰击压力;结构的质量对于砰击压力大小也有很大影响.研究表明,计算机仿真技术可以有效地用于结构入水问题,并能获得试验和理论研究难以发现的现象.     

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.     

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.     

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。     

二维楔形体入水砰击仿真研究

基于数值仿真的方法对二维刚性楔形体的入水砰击问题进行了研究.建立了包含气水流场的二维有限元模型,考虑空气、重力等因素在砰击过程中的影响,研究了流场的自由液面、压力和速度等物理量的变化情况.对不同入水角的楔形体入水的砰击压力峰值系数进行了计算,分析压力峰值的变化规律.结果表明,楔形体入水砰击压力峰值系数不仅与入水角度有关,而且与入水速度也有很大的关系.     

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.     

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。     

波浪中船体振动固有频率及响应计算研究

基于船舶水弹性理论,对波浪中波长、航速对船体梁固有频率影响进行了探讨;同时对船舶在波浪中波激振动响应进行了研究,取得了一些有价值的结果,供船舶设计中参考。     

空气垫与来风对结构物坠落砰击影响的仿真

针对空气垫及来风对海洋结构物空中坠落入水过程产生重要影响的问题,在对结构物坠落机理进行分析的基础上,充分考虑结构物在空中坠落过程中所受到的空气阻尼及六自由度运动特点,结合流体三维瞬态N-S方程、湍流动力方程、能量方程和刚体6自由度运动方程,建立了三维复杂结构物空中坠落砰击入水的气-固耦合过程数学模型.对结构物坠落砰击入水的数值模拟结果与物模试验结果的比较表明,该数学模型能有效模拟空气中的坠落砰击过程.对不同高度以及来风时的坠落砰击过程的数值模拟表明:空气垫改变结构物砰击速度、压力分布;砰击会使空气垫温度上升;来风改变了结构物坠落姿态,使结构物在空中呈"之"字形摆动坠落并砰击水面.     

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．     

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.     

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.