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线性势流理论的波浪载荷计算技术及其应用

作　者: 张润宏
导　师: 朱良生
学　校: 华南理工大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计与制造
关键词: 线性势流理论 波浪载荷 湿表面 结构有限元 纵向强度
分类号: U661.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


波浪对海洋结构物的影响是多方面,它可以影响到船舶的航速、稳性,海洋平台的安装、系泊的稳定。同时,波浪还会对海洋结构物的结构产生巨大的波浪载荷,这些波浪载荷曾导致很多的船舶和海洋平台的损坏、断裂和沉没,给人类的生命和财产带来了巨大的损失。近几十年来,随着计算机技术和计算方法的发展,许多复杂的工程问题都可以采用区域离散化的数值计算并借助计算机得到满足工程要求的数值解。开发和利用计算机进行船舶的波浪载荷计算成为行业发展的必然途径。本文主要是基于SESAM和MSC.PATRAN & NASTRAN商业软件平台进行波浪载荷的数值计算和结构有限元分析。本文内容可以分为三个部分,第一部分介绍了波浪水动力理论发展及三维线性势流理论发展,学者的研究成果以及工程上的应用情况。第二部分是本文的核心,通过两条工程船的计算,研究三维线性势流理论计算结果与二维理论的差异特点;研究了吃水与波浪载荷的关系,得出了最大波浪载荷对应的吃水并不一定就是满载或空载吃水,也可能是其它的吃水工况的结论;最后进行了吃水对船舶波浪运动性能的影响,绘制了波浪作用中心坐标曲线图,利用该图可以分析船体的波浪水动力情况。第三部分对前一章得出的结论进行了进一步的论证,通过结构的计算分析,进一步的说明,利用追寻的办法求取最大波浪载荷的计算结果比简单选取满载或空载工况时更危险,与实际情况更符合。创新点主要有:探讨了最大波浪载荷的选择问题,发现了选取满载或空载工况作为最大波浪工况的偏差,提出了更合理的选择方式——利用吃水追寻法选取最大波浪载荷方法。研究了波浪力作用随吃水变化的情况,绘制了波浪力作用中心点随吃水变化的曲线图,可以利用该图从一个新的角度分析船舶波浪水动力情况。本文的研究结果有助于进一步的研究船舶受到海上波浪载荷情况,为船舶结构抗击波浪作用提供更有力的数据支持,为船舶结构设计提供参考。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-15
  1.1 波浪载荷计算理论发展概述  10-13
    1.1.1 二维理论  11
    1.1.2 二维半理论  11-12
    1.1.3 三维理论  12-13
  1.2 船舶行业波浪载荷计算应用情况介绍  13-14
  1.3 论文的主要工作  14-15
第二章 三维线性势流的波浪载荷理论及其计算方法  15-23
  2.1 三维线性势流的波浪载荷理论法计算原理  15-19
    2.1.1 坐标系  15-16
    2.1.2 浮体上的三维水动压力  16-18
    2.1.3 浮体运动方程  18-19
    2.1.4 流体动压力与浮体载荷组合  19
  2.2 基于三维载荷程序的船体梁载荷预报  19-22
    2.2.1 短期预报  20-21
    2.2.2 长期预报  21-22
  2.3 本章小结  22-23
第三章 三维方法波浪载荷分析研究  23-44
  3.1 波浪谱的选取  23
  3.2 甲板运输船波浪载荷计算  23-29
    3.2.1 湿表面模型和质量棒模型建模  23-27
    3.2.2 波浪力计算和结果比较分析  27-29
  3.3 15000T 半潜驳船总纵强度波浪载荷计算  29-36
    3.3.1 15000T 半潜驳船总纵强度船型特征及主要参数  29-30
    3.3.2 湿表面模型建模  30-32
    3.3.3 波浪力计算和结果分析  32-33
    3.3.4 波浪弯矩和剪力的修正  33-36
  3.4 不同吃水波浪力的比较分析  36-38
  3.5 最大波浪力对应吃水的研究  38-42
  3.6 吃水变化对船舶波浪水动力性能影响的分析  42
  3.7 本章小结  42-44
第四章 波浪载荷计算方法对工程实际影响的研究  44-66
  4.1 15000T 半潜驳船舱段横向强度建模和计算  44-53
    4.1.1 半潜驳船横向强度计算要求与建模  44-47
    4.1.2 载荷加载与计算  47-49
    4.1.3 计算结果  49-53
  4.2 舱段纵向强度建模和计算  53-65
    4.2.1 半潜驳船纵向强度计算要求与建模  53-56
    4.2.2 载荷加载与计算  56-58
    4.2.3 计算结果  58-65
  4.3 本章小结  65-66
结论  66-69
参考文献  69-72
攻读硕士学位期间取得的研究成果  72-73
致谢  73-74
附件  74

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中图分类: > 交通运输 > 水路运输 > 船舶工程 > 船舶原理 > 船舶流体力学
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