船舶横摇阻尼及运动响应降阶预报方法研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xh7304
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
横摇问题是船舶耐波性中的一个关键问题,随着研究水平不断发展,计算横摇的手段由船模试验向数值模拟发展。在实际船舶横摇计算过程中,仍存在着计算精度与计算效率的矛盾问题,常用的势流理论计算速度快,效率高,但是难以模拟流体粘性效应,常采用单一恒定的阻尼系数修正阻尼,计算精度上略差;粘流理论计算精度高,但是计算成本高,计算速度慢。因此,本文提出一种针对横摇运动的粘性等效降阶预报方法(Viscosity-equivalent Reduced Order Method,简称VEROM),旨在提高船舶耐波性预报的精度和速度。本文首先提出一种船舶横摇非线性阻尼特性的获取方法。基于一种强迫放大运动,分别采用求解N-S方程的有粘模型和求解欧拉方程的无粘模型展开仿真计算,预报不同周期下的水动力力矩,应用能量等效法获取阻尼系数,得到两条KC数-阻尼系数曲线,通过二者之差获得船舶横摇粘性阻尼效应随KC数变化的特性。其次,提出一种基于粘性等效的横摇运动降阶预报方法。该方法基于有限体积法求解欧拉方程,忽略流体粘性,采用无粘模型的网格以降低网格数量,提高计算效率。同时,基于粘性等效原则,对横摇阻尼进行实时修正,提高预报精度,达到计算效率与计算精度的平衡。为验证该方法的有效性,分别采用VEROM模型和有粘模型对典型二维船体中段的横摇响应进行预报,对比结果表明VEROM模型与有粘模型预报精度相当,但计算效率远超有粘模型,且VEROM模型预报结果与试验结果接近,满足工程应用的精度要求。再次,基于DTMB5415标准船模试验,验证VEROM方法对典型三维船舶横摇运动响应的预报精度。本部分工作中,在船模拖曳水池中进行了横摇自由衰减试验和规则波下横摇响应试验,试验测得船模的固有周期以及对应的横摇RAO曲线。采用VEROM模型对试验工况进行模拟,与试验结果进行对比,波浪能量集中区域,VEROM预报误差小于10%。最后,针对实际海况中非规则波浪环境下船舶运动响应进行预报,采用线性叠加波法对Ochi-Hubble六参数谱进行模拟。分别采用VEROM模型和有粘模型进行计算,应用谱分析方法对时域计算结果进行处理,得到其三分之一有义值。对比结果表明,VEROM模型误差小于10%,计算效率相较于有粘模型提高了20倍,验证了该方法的有效性。
其他文献
船舶结构的焊接变形对于造船精度控制具有重要的意义,为了准确地计算船体结构的焊接变形,本文首先以T型结构件的焊接过程为例,开发了T型结构件的焊接热弹塑性数值模拟模型,并且通过实验验证;然后采用传统的积分塑性应变的方法得到固有变形,加载到固有应变弹性有限元分析模型上,变形的计算结果与实验结果相符。然而,这种传统的通过焊接热弹塑性计算结果得到固有应变的方法需要消耗大量的时间。为了简化固有应变值的计算过程
造船龙门起重机由各类金属结构件焊接而成,在长期变幅载荷作用下主梁与刚腿连接处承受复杂的弯压复合载荷和应力集中效应,存在多轴疲劳损伤的可能。目前,国内外对于起重机焊缝寿命分析多是以单轴疲劳理论或者多轴比例预测方法研究为主,而对于承受非比例加载的焊接件的寿命预测还处于数据积累阶段,若采用单轴或者多轴比例方法将会产生一定误差,因此,研究多轴非比例疲劳寿命预测方法是有必要的。本文针对能量法、临界面法和临界
声纳是海洋资源探索、近海边防、救助打捞等一系列水下活动的重要工具。随着近年来成像声纳技术的发展,根据声纳图像对水下目标进行识别成为了一种关键手段。传统声纳图像识别技术步骤繁琐,需要手动设计特征提取,依赖人工经验容易造成特征丢失。基于深度学习的声纳图像识别对于声纳图像数据量有较大的需求,而声纳图像数据的获取通常成本较高且数据量少,同时经典的网络模型往往是为了光学图像识别任务设计的,所需算例较高,占用
在世界能源短缺的今天,节约资源,提高资源利用效率,是全球制造业绕不开的话题。船舶制造业作为国家重要的基础制造业,消耗着大量的资源,板材是最大的资源消耗之一。目前,船舶制造企业通常采用人工套料的方式,这种方式依赖排样工作者的经验,阻碍了船舶制造业智能化的发展。同时,人工套料的方式导致了船用板材利用率低,造成了资源的浪费,国内的板材利用率明显低于日韩企业,而且“绿色造船”的新模式给船舶行业在资源利用率
全球气候变暖是当前面临的相当严重的环境问题之一,因此节能环保已被各国作为发展的重中之重。相比传统的船舶推进方式,风帆助航技术不仅无污染,而且可以大大降低船舶油耗。加装风帆的船舶船体受力将发生变化,主要由于两方面原因:一方面为推力载荷产生的附加弯矩,另一方面为惯性载荷产生的附加弯矩。本文研究加装风帆对船体产生的附加弯矩及其对船体强度的影响,主要工作如下:(1)介绍了风帆助航的发展历史、船舶运动理论和
潜艇是我国海上主要军事作战力量和工程领域重要工具,在当前针对水下声隐身技术的研究与应用中,螺旋桨噪声作为潜艇主要噪声源,对其的预测显得尤为重要。螺旋桨噪声的预测主要涉及到流-固-声耦合现象和动边界处理等复杂问题,处理该类问题时存在流固边界处理困难、计算量大等问题。混合模拟方法可以很好的处理流固耦合问题,并能够快速计算声场,因此是当前处理水下流-固-声耦合问题的主要方法。混合模拟将计算域分为声源区和
跨介质航行器是一种可以在空中飞行、水面航行、水下潜行的多功能航行器,有着广阔的应用前景。跨介质航行器设计的一个关键问题是适用水空环境的推进器设计,如何同时满足水中和空中多工况、复杂的推进要求,并避免“水空两套”的冗余设计,增加航行器有效载荷空间,是推进器设计的关键。摆线推进器由于其出色的操纵性能和多工况适应能力,十分适用于跨介质航行。本文基于以上背景,进一步提出通过增加襟翼的形式,提升摆线推进器在
过大的船舶轴系纵向振动,可能造成曲轴轴系的疲劳损坏、加速传动齿轮的磨损或造成船舶其他结构部位的振动,降低舰船的声隐特性。因此,最好在船舶设计阶段将有害的纵振共振转速避开主机使用转速范围。然而在实际应用中,受机械结构的尺寸、轴系布置及船舶种类等因素的限制,在主机的使用转速范围内纵振共振的发生是无法避免的。此外,在船舶的工作转速范围内应设置合理的转速禁区,同时加速避开转速禁区防止纵振共振造成不利影响。
服役中的海洋平台长期处于海洋环境中,一直受到海水的腐蚀,钢材的强度和刚度都会发生变化,抵抗外部载荷的能力也会降低。此时,若受到地震等产生的极端循环载荷的作用,发生坍塌等危险事故的可能性会大大增加。为了防止这种危险的发生以及描述腐蚀和低周疲劳耦合损伤对船用钢力学性能的影响,基于对常用D36钢进行的考虑不同腐蚀情况(点蚀或随机腐蚀)和循环加载方案的试验结果,建立了考虑不同循环加载制度和不同腐蚀程度的钢
作为控制机械振动传递的重要方式,船用浮筏隔振系统已经成为目前应用广泛的一种隔振形式,它可以有效降低机械振动的传递,降低船舶的不良振动,还可以提高人员舒适性,因此浮筏隔振系统的优化设计对于提高其隔振性能具有重要意义与作用。针对参数的优化设计相关理论与方法,根据浮筏隔振系统的特点提出参数优化试验设计的方法,构建了Isight多参数集成软件优化设计平台,介绍了全局优化算法和数值优化算法,针对具体浮筏隔振