彈振載荷作用下超大型集裝箱船的結構動力響應分析
發(fā)布時間：2020-12-10 07:40
隨著船舶朝著大型化的發(fā)展,在船舶波浪載荷預報中基于剛體理論的研究方法,以及在結構強度評估中基于準靜態(tài)的方法已經越來越不能滿足計算要求。對于大型船舶波浪載荷的預報則出現(xiàn)了基于水彈性理論的計算方法,在結構強度評估中則越來越多的采用動力分析方法。然而目前其發(fā)展的還不夠完善,對于基于水彈性理論的波浪載荷預報方法,目前計算精度較高的分為三維線性頻域和三維非線性時域預報方法,然而在這兩種方法各有優(yōu)劣及其差異性。對于結構強度評估則首先需要計算得到結構的應力應變響應,對于超大型船舶來說由結構的彈性效應引起的響應量級可與波頻結果相當。目前國內外對彈振載荷作用下的船體結構動力響應研究很少,而對于超大型船舶來說有必要對全船結構的彈振響應計算方法進行研究。本文具體研究內容如下:(1)基于對船舶波浪載荷頻域和時域水彈性計算方法的研究,本文利用兩種不同計算方法分別對四條樣本船進行波浪載荷計算,將時域和頻域的垂向彎矩與運動結果分別進行對比分析,對兩種計算方法的差異性進行研究。(2)根據(jù)本文提出的船舶結構動力響應分析方法,首先對結構外載荷和變形條件進行求解。本文分別基于船舶波浪載荷頻域和時域水彈性理論對船體結構彈性變...
【文章來源】：哈爾濱工程大學黑龍江省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：122 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
準靜態(tài)計算流程
遍采用的是準靜態(tài)方法，其假定結構的響應是靜態(tài)線性的，其流程如圖1.1所示。而結構的動力承載能力和靜力承載能力有著明顯不同，因此，要想合理準確的評價超大型集裝箱船的船體結構的安全性能，對于彈振和顫振的影響必須要采用動力分析方法。首先需要對結構的干模態(tài)進行分析，根據(jù)規(guī)范可知一般取前10階振動模態(tài)即可滿足工程計算精度要求，通過模態(tài)振形將結構模型轉換成水動力模型，通過對水動力的求解建立起波激振動方程并進行求解，得到對應模態(tài)的主坐標，最后通過模態(tài)疊加方法求得船體的剖面載荷、運動等[7-8]，其流程如圖1.2所示。通過有限元軟件可以計算船舶結構在激勵力作用下的響應，包括應力、變形、速度、加速度等指標。圖1.1準靜態(tài)計算流程圖1.2動力響應計算流程1.2國內外研究現(xiàn)狀1.2.1三維線性頻域和三維非線性時域水彈性理論研究船舶波浪載荷水彈性理論根據(jù)求解方法的不同，可以劃分為二維水彈性理論、三維水彈性理論，其中根據(jù)計算條件又分為線性頻域和非線性時域[9]。由于二維水彈性方法具有很大的局限性，使得其只適用于細長型船。目前廣泛采用的是三維線性頻域水彈性計算方法，該方法計算簡單，計算效率高，適用范圍廣泛。在2009年的舉行的世界水彈性專門會議中，Temarel提出水彈性最近和當前的發(fā)展趨勢是考慮非線性和粘性流動
第1章緒論5速提升以及在某些工程問題中需要使用動力分析方法具有不可替代的位置，使得動力學分析方法得到了快速發(fā)展。目前對于波浪載荷作用下的全船結構動力響應分析方法的研究主要集中在國外船級社，國內更著重于研究沖擊載荷或激振力作用下船體結構的局部動力響應。MalenicaS等人[25]給出了水動力載荷作用下船體的結構響應計算方法，其將水動力載荷從水動力模型向結構模型轉移時，采用了重新計算來替代傳統(tǒng)的插值方法，并且將水動壓力組成成分分開向結構模型轉移，既避免了插值方法存在的困難，也避免了船體結構動力學方程不平衡的影響。其基于此方法結合有限元軟件開發(fā)了一款從計算船舶水動力到輸出結構響應的軟件，具體計算流程如下圖1.3所示。圖1.3水動力載荷作用下船體響應計算流程其中：AMG—水動力網格生成；HYDROSTAR—流體動力學求解；NASTRAN—三維有限元結構響應求解；LISA—根據(jù)水動力網格選取的結構點；MARGE—求解運動方程及定義加載工況；<>-H.MSH—水動力網格信息；<>-S.MSH—有限元結構網格信息；<>.PPI—處理后的結構點文件；<>.PRS—每個結構點的不同壓力分量的文件；<>.LOA—最終結構加載的文件；<>.HSI—HYDROSTAR的輸入文件；<>.RFO—反作用力文件；
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于船體梁的船體彈性變形預報方法[J]. 黃強,李輝,任慧龍,吳兆年,王宇博. 船舶工程. 2017(08)
[2]運動邊界相似法及船舶結構動力分析應用[J]. 劉峰,龐福振,韓端鋒,繆旭弘. 振動與沖擊. 2014(20)
[3]基于子結構技術的全船總體和局部振動研究[J]. 張新偉. 船舶設計通訊. 2013(01)
[4]集裝箱船結構動力學分析[J]. 黃海燕,劉曉衛(wèi). 船海工程. 2011(02)
[5]集裝箱船的振動與響應評估[J]. 吳嘉蒙. 上海造船. 2009(04)
[6]波浪中船舶結構慣性力及在數(shù)值分析中加載方法研究[J]. 謝小華,龔君來. 船海工程. 2007(02)
[7]船體非線性波浪載荷的水彈性分析[J]. 宋競正,任慧龍,戴仰山. 中國造船. 1995(02)
博士論文
[1]船體結構的靜力極限強度和砰擊動力響應[D]. 姬振華.上海交通大學 2015
[2]船舶結構疲勞強度評估方法研究[D]. 馮國慶.哈爾濱工程大學 2006
[3]高速船舶運動與波浪載荷計算的二維半理論研究[D]. 馬山.哈爾濱工程大學 2005
碩士論文
[1]船舶總體振動的附加水質量算法研究[D]. 何歡.大連理工大學 2014
[2]自航絞吸挖泥船結構強度和動力響應的分析與優(yōu)化[D]. 王軍輝.上海交通大學 2013
[3]13300TEU超大型集裝箱船設計與結構分析技術研究[D]. 錢欣玉.上海交通大學 2013
[4]自升式海洋平臺結構動力響應分析[D]. 陸浩華.武漢理工大學 2005
本文編號：2908334
【文章來源】：哈爾濱工程大學黑龍江省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：122 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
準靜態(tài)計算流程
遍采用的是準靜態(tài)方法，其假定結構的響應是靜態(tài)線性的，其流程如圖1.1所示。而結構的動力承載能力和靜力承載能力有著明顯不同，因此，要想合理準確的評價超大型集裝箱船的船體結構的安全性能，對于彈振和顫振的影響必須要采用動力分析方法。首先需要對結構的干模態(tài)進行分析，根據(jù)規(guī)范可知一般取前10階振動模態(tài)即可滿足工程計算精度要求，通過模態(tài)振形將結構模型轉換成水動力模型，通過對水動力的求解建立起波激振動方程并進行求解，得到對應模態(tài)的主坐標，最后通過模態(tài)疊加方法求得船體的剖面載荷、運動等[7-8]，其流程如圖1.2所示。通過有限元軟件可以計算船舶結構在激勵力作用下的響應，包括應力、變形、速度、加速度等指標。圖1.1準靜態(tài)計算流程圖1.2動力響應計算流程1.2國內外研究現(xiàn)狀1.2.1三維線性頻域和三維非線性時域水彈性理論研究船舶波浪載荷水彈性理論根據(jù)求解方法的不同，可以劃分為二維水彈性理論、三維水彈性理論，其中根據(jù)計算條件又分為線性頻域和非線性時域[9]。由于二維水彈性方法具有很大的局限性，使得其只適用于細長型船。目前廣泛采用的是三維線性頻域水彈性計算方法，該方法計算簡單，計算效率高，適用范圍廣泛。在2009年的舉行的世界水彈性專門會議中，Temarel提出水彈性最近和當前的發(fā)展趨勢是考慮非線性和粘性流動
第1章緒論5速提升以及在某些工程問題中需要使用動力分析方法具有不可替代的位置，使得動力學分析方法得到了快速發(fā)展。目前對于波浪載荷作用下的全船結構動力響應分析方法的研究主要集中在國外船級社，國內更著重于研究沖擊載荷或激振力作用下船體結構的局部動力響應。MalenicaS等人[25]給出了水動力載荷作用下船體的結構響應計算方法，其將水動力載荷從水動力模型向結構模型轉移時，采用了重新計算來替代傳統(tǒng)的插值方法，并且將水動壓力組成成分分開向結構模型轉移，既避免了插值方法存在的困難，也避免了船體結構動力學方程不平衡的影響。其基于此方法結合有限元軟件開發(fā)了一款從計算船舶水動力到輸出結構響應的軟件，具體計算流程如下圖1.3所示。圖1.3水動力載荷作用下船體響應計算流程其中：AMG—水動力網格生成；HYDROSTAR—流體動力學求解；NASTRAN—三維有限元結構響應求解；LISA—根據(jù)水動力網格選取的結構點；MARGE—求解運動方程及定義加載工況；<>-H.MSH—水動力網格信息；<>-S.MSH—有限元結構網格信息；<>.PPI—處理后的結構點文件；<>.PRS—每個結構點的不同壓力分量的文件；<>.LOA—最終結構加載的文件；<>.HSI—HYDROSTAR的輸入文件；<>.RFO—反作用力文件；
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于船體梁的船體彈性變形預報方法[J]. 黃強,李輝,任慧龍,吳兆年,王宇博. 船舶工程. 2017(08)
[2]運動邊界相似法及船舶結構動力分析應用[J]. 劉峰,龐福振,韓端鋒,繆旭弘. 振動與沖擊. 2014(20)
[3]基于子結構技術的全船總體和局部振動研究[J]. 張新偉. 船舶設計通訊. 2013(01)
[4]集裝箱船結構動力學分析[J]. 黃海燕,劉曉衛(wèi). 船海工程. 2011(02)
[5]集裝箱船的振動與響應評估[J]. 吳嘉蒙. 上海造船. 2009(04)
[6]波浪中船舶結構慣性力及在數(shù)值分析中加載方法研究[J]. 謝小華,龔君來. 船海工程. 2007(02)
[7]船體非線性波浪載荷的水彈性分析[J]. 宋競正,任慧龍,戴仰山. 中國造船. 1995(02)
博士論文
[1]船體結構的靜力極限強度和砰擊動力響應[D]. 姬振華.上海交通大學 2015
[2]船舶結構疲勞強度評估方法研究[D]. 馮國慶.哈爾濱工程大學 2006
[3]高速船舶運動與波浪載荷計算的二維半理論研究[D]. 馬山.哈爾濱工程大學 2005
碩士論文
[1]船舶總體振動的附加水質量算法研究[D]. 何歡.大連理工大學 2014
[2]自航絞吸挖泥船結構強度和動力響應的分析與優(yōu)化[D]. 王軍輝.上海交通大學 2013
[3]13300TEU超大型集裝箱船設計與結構分析技術研究[D]. 錢欣玉.上海交通大學 2013
[4]自升式海洋平臺結構動力響應分析[D]. 陸浩華.武漢理工大學 2005
本文編號：2908334
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