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船舶砰击载荷的计算方法研究

作　者: 文志飞
导　师: 任慧龙
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 完全非线性数值模拟底部砰击外张砰击砰击压力实用计算
分类号: U661
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 105次
引　用: 2次
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内容摘要

船舶砰击压力的准确预报是个非常复杂而又有实际意义的课题。本文重点研究了船舶底部砰击压力和外张砰击压力的实用计算方法。论文首先介绍了砰击载荷的各种预报方法,简要分析了各种方法的优缺点,并综合叙述了各种预报方法的国内外研究进展情况。文章基于完全非线性的自由面条件,采用自相似方法,计算了对称二维楔形剖面带横向速度倾斜入水问题。以柯西积分结合边界元法为基本工具,采用迭代求解的方法得到了楔形面的压力分布情况。在射流区采用浅水理论近似处理,避免了对射流作切断处理,提高了解的收敛性。通过算例分析,讨论了横向速度对楔形面砰击压力分布的影响。采用MSC.Dytran通用有限元软件实现了二维剖面入水过程的数值模拟。研究了数值模拟时,静水压力初始化,无反射边界条件等关键技术并编制了相应的程序。通过V形和U形剖面的数值模拟算例,分析了剖面入水过程中各物理量的变化情况。详细讨论了计算底部砰击压力和外张砰击压力的实用方法。将船体运动预报与实验回归公式和数值模拟相结合,并考虑船舶入水过程中姿态的影响,转化到时域内预报砰击过程中砰击压力沿船体表面的三维空间-时间分布。同时,考虑到数值模拟应用于实船砰击压力预报时工作量巨大的问题,利用编程语言实现了输入数据的自动生成和输入、输出文件的批量管理,尽可能的减小了数值模拟的工作量。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 课题研究的目的及意义  10-11
  1.2 课题的国内外研究现状  11-17
    1.2.1 砰击的理论及实验研究  11-15
    1.2.2 砰击的实用计算方法——直接计算法的研究进展  15-17
  1.3 本文的主要工作  17-18
第2章对称楔形带横向速度入水的完全非线性解  18-32
  2.1 控制方程和定解条件  18-23
  2.2 方程离散和数值求解  23-30
    2.2.1 复势和柯西积分  23-26
    2.2.2 自由面边界单元重划分  26-27
    2.2.3 方程组数值解法  27-30
  2.3 算例  30-31
  2.4 本章小结  31-32
第3章数值模拟计算入水砰击压力  32-52
  3.1 MSC.Dytran 软件简介  32
  3.2 数值仿真的基本原理  32-40
    3.2.1 Lagrange 格式和Euler 格式  32-33
    3.2.2 流固耦合算法  33-34
    3.2.3 近似黎曼欧拉算法和显式时间积分  34-40
  3.3 入水仿真的关键参数和技术  40-44
    3.3.1 材料属性  40-42
    3.3.2 边界条件  42-43
    3.3.3 初始条件  43-44
  3.4 算例  44-50
    3.4.1 楔形剖面入水  44-47
    3.4.2 U 形剖面入水  47-50
  3.5 本章小结  50-52
第4章砰击压力的实用计算方法  52-100
  4.1 船舶运动的表达  52-58
    4.1.1 规则波和规则波中的运动响应  52-54
    4.1.2 非规则波和非规则波中的运动响应  54-58
  4.2 艏底砰击压力预报  58-66
    4.2.1 砰击速度  58-60
    4.2.2 艏底砰击压力计算  60-62
    4.2.3 底部砰击水动压力时间-空间分布  62-66
  4.3 数值模拟应用于艏底砰击压力预报时的一些考虑  66-82
    4.3.1 Dytran 输入文件构成及主要数据卡片介绍  66-71
    4.3.2 输入文件自动生成  71-78
    4.3.3 批处理  78-82
  4.4 外张砰击预报  82-89
    4.4.1 外张砰击速度  82-85
    4.4.2 外张砰击压力计算  85-87
    4.4.3 外张砰击水动压力时间-空间分布  87-89
  4.5 算例  89-99
    4.5.1 算例船  89-90
    4.5.2 外张砰击计算  90-96
    4.5.3 艏底砰击计算  96-99
  4.6 本章小结  99-100
结论  100-102
参考文献  102-106
致谢  106

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