基于CFD-非线性有限元双向耦合的集装箱船波浪下结构崩溃数值仿真

[目的]充分考虑载荷非线性和物面非线性因素的影响,研究集装箱船在波浪下结构响应及动态结构崩溃模式。[方法]首先,基于CFD平台建立船舶水动力模型,采用重叠网格法实现船体水动力模型动边界网格与远场流体域的欧拉网格间的匹配,在流体全域内采用流体体积法模拟自由面非线性,在流场全域内求解三维N–S方程,实时求解非线性波浪载荷;然后,建立可模拟船舯崩溃行为的船舶非线性有限元模型,基于显式动力学非线性有限元法计算包含塑性和屈曲的时域崩溃响应;最后,实现水动力模型与结构有限元模型在湿表面上的流体压力和节点位移的传递,以此进行CFD求解器与非线性有限元求解器间的双向迭代耦合,并实时计算4 600 TEU集装箱船结构崩溃过程中的非线性波浪载荷和结构崩溃响应。[结果]结果显示,在极端波浪下上部至中部结构广泛进入塑性状态,主甲板、舷侧板、甲板纵骨和舷侧纵骨等构件在波浪下出现明显的屈服及失稳,甲板纵骨和舷侧纵骨等骨材发生严重的侧向失稳,船体结构丧失了承载能力。[结论]所提方法可较准确求解结构响应及动态崩溃模式,可作为研究船舶结构崩溃响应的一种新方法。     

船舶模型在波浪下的崩溃数值仿真及试验

大波浪因具有巨大波高而会造成船体结构崩溃失效,甚至断裂,准确预报船体结构在波浪下的非线性动态强度已成为船舶结构新的研究方向.提出一种结合三维势流理论和非线性有限元的数值仿真方法,预报船体结构在波浪下的非线性动态强度,三维势流理论用于计算波浪载荷,非线性有限元用于计算船体结构的弹塑性和屈曲变形.为验证数值仿真方法的准确性...     

集装箱船整船有限元结构分析

文章以一艘１７００箱集装箱船为例,阐述了整船有限元结构分析方法。先建立全船有限元模型和质量模型,再用三维流体动力计算程序进行波浪随机载荷的长期预报,并在此基础上导出设计波参数组,最后,在全船有限元模型上 计算得出船体结构在各个设计波上的应力分布和变形结果,所得到的船体结构有限元分析结果对同类型集装箱船的设计和强度分析有一定的参考价值,对其它类型的船舶结构强度分析也有一定的借鉴意义。     

全航速三维线性波浪载荷时域内数值计算研究

高速船舶波浪诱导载荷存在航速效应,波浪诱导船体垂向弯矩随航速增加而增加.针对某集装箱船采用三维时域全航速水动力分析理论预报集装箱船在波浪上的运动性能和剖面载荷,深入分析船体运动性能和剖面载荷的航速效应,得到船体纵荡、横荡,横摇和首摇以及船体扭转波浪弯矩航速效应显著,为船舶结构设计人员在波浪载荷的计算上有一定的参考.     

集装箱船结构动力学分析

以某3 100 TEU巴拿马型集装箱船为例,建立集装箱船体全船结构三维有限元动力学分析的计算模型,对船体结构进行实特征值、有阻尼瞬态响应的计算分析;采用Lanczos方法计算特征值;采用模态方法进行瞬态响应分析.分析结果表明,该船在运营过程中容易出现扭转振动,需要对驾驶甲板的侧翼结构进行修改设计,但其振动强度在总体上是...     

数值波浪水池及顶浪中船舶水动力计算

基于粘流理论建立了三维数值波浪水池,模拟了非线性波浪,并对规则波顶浪中前进的拘束船模的水动力进行了计算.数值模拟中,控制方程-RANS方程和连续性方程使用有限体积法离散,非线性自由面采用VOF方法处理;在入口边界模拟柔性造波板运动产生入射波,使用位于波浪水池尾部的人工阻尼区消波.给出了非线性规则波的模拟结果以及规则波顶浪中前进的拘束船模的水动力计算结果,并与理论解及DUT(Delfi University of Technology)的试验数据进行了比较,二者吻合良好.     

小方型系数船舶的船体波浪载荷综合研究

从船级社规范对于不符合主尺度比要求的船舶船体梁波浪载荷的规定出发,采用理论预报和船模试验2种综合方式,进行了小于0.6方型系数、高航速、高海况目标船的波浪载荷研究。从规范对波浪载荷的线性理论预报值进行的非线性修正,修正后中拱和中垂波浪弯矩绝对值之和与线性理论预报极值全幅值相等出发,阐述所研究船特殊主尺度比下的模型试验结果、三维非线性水弹性理论预报结果显示出的波浪载荷非线性行为;同时综合模型试验与理论预报的共同规律,研究不同波高、航速、浪向等非常规船型船体波浪载荷的强非线性行为,从而认为规范基于的线性理论预报值进行非线性修正的统一规定太过笼统,进而建议规范对波浪载荷的非线性修正予以进一步的明确区分和规定。     

小方型系数船舶的船体波浪载荷综合研究

从船级社规范对于不符合主尺度比要求的船舶船体梁波浪载荷的规定出发,采用理论预报和船模试验2种综合方式,进行了小于0.6方型系数、高航速、高海况目标船的波浪载荷研究.从规范对波浪载荷的线性理论预报值进行的非线性修正,修正后中拱和中垂波浪弯矩绝对值之和与线性理论预报极值全幅值相等出发,阐述所研究船特殊主尺度比下的模型试验结果、三维非线性水弹性理论预报结果显示出的波浪载荷非线性行为;同时综合模型试验与理论预报的共同规律,研究不同波高、航速、浪向等非常规船型船体波浪载荷的强非线性行为,从而认为规范基于的线性理论预报值进行非线性修正的统一规定太过笼统,进而建议规范对波浪载荷的非线性修正予以进一步的明确区分和规定.     

航行中波浪水池的数值动力学研究

利用数值波浪水池进行船舶航行预报,是计算船舶水动力的重要方法。本文首先建立船舶水池的数值控制方程,然后利用网格划分对船舶周围的流场进行划分,最后利用Wigley-III船舶模型计算船舶在规则波中航行时受到纵向、垂向和纵摇力矩的系数,将其与势流理论(3D-BEM)和DUT计算方法相比较。     

船体结构在非线性波浪载荷作用下疲劳男积损伤计算

本文通过对非线性波浪弯矩循环所产生应的雨流计数,独立性检验,线性回归显著性检验,方差齐性检验以及分布拟合和分布拟合检验,表明应力范围和平均应力相互不独立,且线性相关。     

舰船结构在波浪中的动力响应研究

传统船舶动力学理论是基于刚体假设之上的，本文表明如何用水弹性力学方法计算这种波浪响应。这种广义理论将结构理论，流体动力学理论，海洋学和统计理论综合于一体，它既可用于船舶，也可用于一般海洋工程结构物。某驱逐舰典型对称响应的计算结果表明，在低阶模态对称运动下，切片理论可以很好地满足实际强度分析的需要。     

波浪作用下小流域生态护岸结构研究

本文以融安县大良镇的良北村和古兰村的生态清洁型小流域水土保持工程为基础,对其河道、沟渠治理中的护岸结构进行了研究。遵循水利行业的规范和要求,利用有限元分析软件分析了护岸结构在波浪作用下的动力特性及水流作用下的冲刷情况。通过搜集整理工程资料,并参考行业规范使用专业软件,对该项目中的护岸结构的冲刷深度进行了计算,并证明了在该地区,生态护岸作为一种兼具工程效用和环境价值的结构形式是可行的。     

波浪作用下高桩墩式结构时程动力分析

外海桩柱结构受波浪作用强烈且动力性质明显。以国内某LNG码头的高桩系缆墩台作为工程背景,利用ANSYS进行了波浪作用下的结构时程动力分析。计算结果表明:在同一波要素下,模拟的不规则波浪产生的结构位移和应力响应峰值大于规则波10%～20%;在结构时程动力分析中初期波动剧烈的结果可以舍弃。     

斜浪条件下大型集装箱船扭矩特征及结构强度研究

随着大型集装箱船的发展,斜浪条件下的扭矩载荷特性及其结构响应日益重要。以某大型集装箱船为研究对象,建立水动力湿表面计算模型和质量模型,研究基于扭矩传递函数和主要载荷控制参数的斜浪设计波参数确定方法,分析不同超越概率水平下扭矩计算值的规律。考虑典型斜浪参数和超越概率水平,分析水动力计算扭矩与船舶规范(ABS和HCSR)扭矩的差异及原因,提出集装箱船扭矩载荷计算与应用的建议。通过计算45°,60°和75°斜浪条件下的船体结构应力云图,识别斜浪作用下船体结构响应的关键位置,可作为大型集装箱船结构设计过程中船体梁扭转强度计算、舱口角隅设计、抗扭箱强度评估等的参考。     

船体结构在非线性波浪载荷作用下疲劳累积损伤计算

本文通过对非线性波浪弯矩循环所产生应力的雨流计数、独立性检验、线性回归显著性检验、方差齐性（Ｂａｒｔｌｅｔｔ）检验以及分布拟合和分布拟合检验,表明应力范围和平均应力相互不独立,且线性相关。应力范围的边缘分布可认为是Ｗｅｉｂｕｌｌ分布,平均应力在应力范围为一定值时的条件概率分布为正态分布,且其方差是齐性的。然后利用Ｇｏｏｄｍａｎ修正公式,引入影响船舶结构疲劳损伤计算的平均应力影响因子及其近似计算公式。     

三维完全非线性波浪水槽的数值模拟

用有限元求解拉普拉斯方程,采用满足完全非线性自由表面条件的半拉格朗日法追踪流体自由表面,离散单元采用20节点的六面体二次等参数单元,建立了三维完全非线性数值波浪水槽.把数值计算结果与水面初始升高产生箱体内流体运动解析解和二阶斯托克波理论解进行了对比,结果表明该模型是稳定的、守恒的,能精确模拟非线性波浪的产生和传播,为今后研究非线性波浪对船舶等非规则物体的作用提供了参考.     

非线性波浪载荷作用下的船体结构疲劳损伤

近年来,在非线性波浪载荷（含砰击响应）作用下的船体结构疲劳损伤,已成为船舶力学研究和结构设计界颇为关注的一个前沿论题。本文以具有大外飘船舶为背景,采用谱分析法首先在短期预报范围内分析非线性波浪弯矩、非线笥合成弯矩（含砰击振动弯矩）对船体结构疲劳损伤的影响;然后,在设定的船舶长期使用环境中,用不同的载荷理论估计和分析结构的疲劳损伤;同时计算分析了平均应力、二种计数法、不同长期疲劳损伤分析方法、二种Ｓ     

波浪作用下弹性海床孔隙水应力响应的数值模拟

基于二维动力Biot固结理论,描述了海床土骨架的应力、应变和时间的本构关系,从Galerkin加权余量法出发建立了以土骨架位移u和孔隙水压力p表达的u-p形式的有限元方程,并采Wilson-θ直接数值积分法求解时域内动力方程。数值计算结果表明,在波浪作用下,海床孔隙水压力的计算值与实测值基本吻合,用文中的理论计算模型描述沙床对波浪荷载的响应是可靠的。