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基于ANSYS的船舶结构动力特性数值分析

作　者: 张强
导　师: 孙先念
学　校: 大连海事大学
专　业: 工程力学
关键词: 船舶振动流固耦合有限元加强结构
分类号: U661
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

船舶动力特性分析对于现代船舶设计越来越重要,传统的基于船体梁模型等的船舶振动计算方法已经不能满足现代工程精度的需要。随着数值计算能力的突飞猛进,全船三维有限元法已经成为船舶结构计算的有力工具。船舶结构区别于一般工程结构的特点就是它是在流体介质中工作的,所以就需要考虑流体对船舶结构的影响。对于这一类振动问题,传统附连水质量法是把流体当作振动系统的附加质量来计算,并对流体做了一定的假设后得到的近似方法。流固耦合力学是随着固体力学和流体力学的发展而产生的新兴交叉学科,在解决船舶结构这种在流体中工作的问题有着很强的优势,本文采用直接流固强耦合方法研究船舶的动力特性,利用通用有限元计算软件ANSYS中的基于压力位移方程的流固耦合方法对3500t油船进行了动力特性分析,并对该船舶结构中纵向分布和横向分布的加强结构对于船舶振动的影响进行了对比分析。分析结果表明：在船舶振动中流固耦合效应的影响非常明显。对于船体的横向振动,干模态的频率值一般比流固耦合模态的频率值大50%以上,流固耦合效应还会对船舶的局部振动产生抑制作用,并且随着模态阶数的增加,这种作用会越来越强。对船体中横纵两种加强结构的对比计算表明：加强结构可以有效地强化相应方向的刚度,并会使船舶的固有频率上升,横纵两种加强结构还能有效地防止船舶发生低阶的局部振动,另外横向加强梁还能对船舶水平振动中出现的上下振动分层现象起到抑制作用。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章绪论  9-15
  1.1 研究背景  9-11
  1.2 国内外研究概况  11-14
    1.2.1 船舶结构振动问题的的研究概况  11-12
    1.2.2 流固耦合问题的研究概况  12-14
  1.3 本文的研究工作  14-15
第2章船舶总振动研究方法  15-25
  2.1 振动分析的数值方法  15-16
  2.2 船体振动模型分类  16-19
    2.2.1 一维船体梁模型  16-17
    2.2.2 二维平面模型  17-18
    2.2.3 三维全船模型  18
    2.2.4 杂交模型  18-19
  2.3 船体总振动的类型  19
  2.4 影响船体动力特性的质量参数  19-20
  2.5 船体振动的附连水效应  20-22
    2.5.1 垂向振动的附连水质量  20-21
    2.5.2 水平振动的附连水质量  21-22
  2.6 船舶整体振动的近似计算方法  22-23
    2.6.1 船型比较法  22
    2.6.2 船体垂向振动固有频率计算的希列克公式  22
    2.6.3 船体垂向振动固有频率计算的托德公式  22-23
    2.6.4 水平振动固有频率的近似计算  23
  2.7 本章小结  23-25
第3章流固耦合振动理论模型  25-38
  3.1 流固耦合概述  25-26
  3.2 流固耦合基本方程和表达形式  26-37
    3.2.1 流体运动方程的建立  26-29
    3.2.2 流固耦合边界条件  29-30
    3.2.3 流固耦合问题的分析方法  30-34
    3.2.4 流固耦合系统中固体的运动方程  34-37
  3.3 流固耦合问题中坐标系的选取  37
  3.4 本章小结  37-38
第4章 3500t油船动力特性分析  38-49
  4.1 船舶描述  38-39
  4.2 流固耦合计算中水的范围的讨论  39-40
  4.3 单元选取  40-41
  4.4 边界处理  41-43
  4.5 计算结果对比  43-48
  4.6 本章小结  48-49
第5章船舶总振动加强结构的影响  49-59
  5.1 船体骨架的分布形式  49
  5.2 船舶总振动加强结构的影响  49-58
    5.2.1 横向加强结构对船体动力特性的影响  50-54
    5.2.2 纵向加强构件对船体动力特性的影响  54-58
  5.3 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-63
致谢  63-64

基于ANSYS的船舶结构动力特性数值分析

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