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液舱晃荡与弹性防晃结构的相互耦合作用研究

作　者: 侯玲
导　师: 朱仁庆
学　校: 江苏科技大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 液体晃荡结构变形耦合 LNG船 C语言
分类号: U661.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 147次
引　用: 2次
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内容摘要

目前,为了提高载液船舶设计水平和海上航运安全性,迫切需要建立一套考虑船体运动、液体晃荡和液舱结构动变形三者相互耦合作用的、能够有效预报载液船舶运动与载荷的完整的数学模型和理论分析方法。本文主要探讨液舱晃荡与结构变形的相互耦合分析方法,揭示液体晃荡与结构变形相互耦合的机理,为进一步研究液体晃荡与舱壁变形及船舶总体运动的相互耦合做铺垫。论文主要从以下几个方面展开:首先,在建立液舱晃荡的数学模型的基础上,对液舱晃荡的数值计算模型做简要论述,通过数值计算并与实验数据的比较验证了数值模型的正确性,并对计算结果做进一步分析;计算分别对二维、三维以及LNG船的液舱晃荡问题进行了数值模拟;其次,在对二维简单弹性结构做动力学分析的基础上建立了结构运动的动力学方程,选取了Newmark-β法作为求解结构运动方程的数值计算方法,并将该法编制成C语言程序;最后,将求解结构运动的C语言程序与Fluent软件连接,用于求解结构与流体相互耦合作用下的晃荡问题。计算首先通过与Ansys软件计算结果进行比较,验证了所编C语言程序的正确性,然后将其应用到晃荡流体与弹性防晃结构的耦合求解中;通过本文的工作主要得到了以下结论:1、对于刚性液舱首先,通过与试验数据的比较,证实本文所使用的数值模型是正确的;其次,通过大量的计算,对不同工况的数值计算结果的比较分析,归纳了使用Fluent计算时一些误差存在的原因为:(1)数值离散误差的存在,如舍入误差,截断误差等;(2)壁面压力的监测采用“贴片法”,压力值的准确与监测单元面或体的划分有关;(3)对于大幅晃荡,壁面所受冲击载荷较为频繁,因而监测的压力值对网格的质量要求较高;第三,根据自己计算时积累的经验认为一般网格间距选取0.01米,时间步长取0.01s,如计算不收敛可适当减小,但不宜低于0.001s;第四,实船液舱的晃荡问题更为复杂,还需要更深入的研究。2、考虑结构变形的计算首先,结合Ansys软件对所编程序进行验证,结果表明是可行的;其次,将该方法应用到晃荡流体与弹性防晃结构的耦合研究中,具有一定的探索意义;第三,由于防晃结构的尺寸太小对流场的改变效果不是很明显需要后续工作的进一步研究;

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-10
第1章绪论  10-24
  1.1 课题研究的背景及意义  10
  1.2 国内外研究现状及分析  10-22
    1.2.1 液体晃荡的研究现状  10-11
    1.2.2 晃荡研究进展  11-20
    1.2.3 现状分析  20-22
  1.3 本文的研究内容与方法  22-24
第2章液舱晃荡的数值计算模型  24-30
  2.1 数学模型  24-27
    2.1.1 控制方程  24-26
    2.1.2 初始条件  26
    2.1.3 边界条件  26-27
  2.2 数值模型  27-28
    2.2.1 计算模型  27-28
    2.2.2 物理模型  28
    2.2.3 数值计算方法  28
  2.3 小结  28-30
第3章二维弹性结构运动的数值计算模型  30-38
  3.1 问题简化  30
  3.2 运动方程  30-32
  3.3 初始条件及边界条件  32-33
  3.4 数值计算方法  33
  3.5 数值求解步骤  33-35
  3.6 程序实现  35
  3.7 小结  35-38
第4章二维刚性结构的液舱晃荡数值计算  38-60
  4.1 主要求解设置  38
  4.2 算例一——高液深微幅晃荡  38-46
    4.2.1 计算模型  38-39
    4.2.2 计算结果及分析  39-46
  4.3 算例二——低液深大幅晃荡  46-51
    4.3.1 计算模型  46-47
    4.3.2 计算结果及分析  47-51
  4.4 算例三——高液深大幅晃荡  51-56
    4.4.1 计算模型  51-52
    4.4.2 计算结果及分析  52-56
  4.5 算例四 —— 不同几何形状的液舱晃荡  56-58
    4.5.1 问题描述  56-57
    4.5.2 计算结果及分析  57-58
  4.6 小结  58-60
第5章三维刚性结构的液舱晃荡数值计算  60-82
  5.1 主要求解设置  60
  5.2 算例一——高液深大幅晃荡  60-65
    5.2.1 问题描述  60-62
    5.2.2 数值计算及分析  62-65
  5.3 算例二——高液深微幅晃荡  65-71
    5.3.1 问题描述  66
    5.3.2 计算结果及分析  66-71
  5.4 算例三——低液深大幅晃荡  71-74
    5.4.1 问题描述  71-72
    5.4.2 计算结果及分析  72-74
  5.5 算例四——耦合激励  74-77
    5.5.1 问题描述  74-75
    5.5.2 计算及分析  75-77
  5.6 LNG 船液舱晃荡的数值计算  77-81
    5.6.1 模型描述  77-78
    5.6.2 数值计算及分析  78-81
  5.7 小结  81-82
第6章液舱晃荡与二维弹性防晃结构的耦合作用分析  82-94
  6.1 流固耦合的实现过程  82
  6.2 研究对象  82
  6.3 算例一——程序验证  82-86
    6.3.1 问题描述  82-83
    6.3.2 计算与分析  83-86
  6.4 算例二——耦合分析  86-93
    6.4.1 问题描述  86
    6.4.2 计算与分析  86-93
  6.5 小结  93-94
第7章总结与展望  94-96
  7.1 总结  94-95
  7.2 展望  95-96
参考文献  96-105
攻读硕士学位期间发表的学术论文  105-106
致谢  106-107
详细摘要  107-112

液舱晃荡与弹性防晃结构的相互耦合作用研究

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