【摘 要】
：
开发极地资源和开通利用北极航线具有重要意义,这就迫切需要极地船舶的装备支撑。然而船舶在极地冰区航行就不可避免的与海冰发生碰撞,因此,为保证船舶航行的高效性与安全性,对破冰阻力进行准确预报以及对极地船舶的安全航行进行研究具有重要的意义。本文应用非线性显式动力学求解器LS-DYNA对船舶与层冰碰撞的动态响应问题进行分析研究,主要工作内容如下:（1）分析海冰的物理性质以及力学特性,描述船冰碰撞过程中层冰
论文部分内容阅读
开发极地资源和开通利用北极航线具有重要意义,这就迫切需要极地船舶的装备支撑。然而船舶在极地冰区航行就不可避免的与海冰发生碰撞,因此,为保证船舶航行的高效性与安全性,对破冰阻力进行准确预报以及对极地船舶的安全航行进行研究具有重要的意义。本文应用非线性显式动力学求解器LS-DYNA对船舶与层冰碰撞的动态响应问题进行分析研究,主要工作内容如下:（1）分析海冰的物理性质以及力学特性,描述船冰碰撞过程中层冰的运动形式以及失效形式,归纳了常用的冰载荷预报的经验模型。（2）基于ALE算法,通过对三点弯曲试验的数值模拟验证了本文选取的海冰材料的本构模型的合理性。进一步建立了船-冰-水耦合数值模型,在保证网格收敛的前提下对计算模型进行了可靠性验证,误差可保证在10%以内。（3）海冰材料参数的变化对冰载荷预报及层冰破损情况研究具有重要的影响,本文在考虑了层冰剪切失效的前提下,分析了层冰的弹性模量、层冰厚度和层冰抗拉强度对船冰碰撞时层冰破损的影响,获得了层冰材料参数变化对船舶破冰阻力的影响规律。（4）极地船舶的艏部形状设计是衡量其性能良好的重要因素,本文研究了船体艏倾角和水线角参数的改变对破冰阻力及层冰破损情况的影响。此外,分析了船速和冰厚作为变量时,在船冰碰撞过程中对船体艏部结构吸能和破冰阻力的影响,分析结果可为船体结构安全性设计提供参考。
其他文献
空泡船在航行过程中,由于潜体表面被气体包裹,能够取得良好的减阻效果以提升航行速度。空泡船潜体进行通气的过程中涉及到固、液、气三相间的相互作用,在高速航行时还会伴随自然空化的发生,自由面的存在导致空泡船非定常流动变得更加复杂。开展近自由液面流场演化及水动力特性对空泡船的研发具有重要意义。本文首先针对空泡船潜体附体存在的近自由液面空化现象,以水翼作为基础模型,研究了NACA66水翼在近自由液面条件下的
船舶管路作为连接船舶设备和系统的主要媒介,在整个船舶设计过程中起着至关重要的作用。船舶内管路错综复杂,共同组成庞大的管路系统,用于运输各种气体和液体,其主要是有管路、支撑件和连接件等组成。管路设计作为整个船舶设计过程中的重要内容之一,对船舶安全性起着巨大作用。同时,良好的管路设计也会大大减少船舶的成本。传统的管路设计完全依赖设计人员致使效率低下,结合人工知识和计算机科学的智能管路设计规划目前正在成
航行体出水具有高湍流、强非线性、多相流复杂特殊环境水动力学特点,该过程是一个典型的非定常空化流动及其与壁面、自由液面耦合作用问题。空泡的不稳定演变包括断裂、脱落等现象都会对航行体的运动特性产生影响。而低温的条件和冰的存在使得极地水下航行体穿越水面过程变得更加复杂,因此,掌握航行体极地冰环境出水过程中的多相流动特性及载荷特性具有重要的工程应用背景和研究价值。本文采用数值计算和试验相结合的方法,开展航
从上世纪70年代起,FPSO被广泛应用于海上油气开采。通用型FPSO与传统方式建造的FPSO相比,设计建造的通用标准化船体用途广泛,能够兼容外转塔、内转塔或者多点系泊系统和立管系统,同时还能适用一系列上部模块及系泊系统解决方案,适应性强,其投产周期可以缩短6到12个月。FPSO的船体长期作业于有盐雾、潮气和海水等环境中,受到周围介质的作用而产生长期的电化学腐蚀,结构腐蚀非常严重。通常腐蚀会降低结构
随着现代社会的发展,基于安全性、环保性、舒适性等各方面的考量,人们对振动噪声控制的要求越来越高,在船舶领域近些年国际国内均发布了更高标准的针对噪声的各项规章条例。粘弹性阻尼材料是一种性能良好的阻尼材料,敷设在结构表面可以有效降低振动噪声的产生,在实际工程领域诸如船舶、航空航天、工程机械结构等方面被广泛应用。本文使用一种频变的阻尼模型模拟粘弹性材料,通过有限元迭代的方法进行求解,并以频变阻尼模型为基
水润滑轴承是用水代替常用的油作为润滑介质,用复合材料代替贵金属作为高性能传动材料。它具有可靠性高、噪音低、耐磨损、寿命长、维修方便、节能环保等诸多显著优点,已广泛应用于大型机械设备中。但当前对水润滑轴承综合实验平台的研究还不够完善,单独研究水润滑轴承某一性能参数的较多,把多个参数在同一试验台上综合研究的少之又少,且目前试验设备难以真实模拟水润滑轴承的实际工况。本文分析并总结了水润滑轴承试验台在国内
随着船舶设计和建造水平的发展,疲劳与断裂成为船舶与海洋工程结构物常见的失效形式。在循环载荷下裂尖会进入屈服,随裂纹扩展在裂纹面形成塑性区尾迹。塑性区尾迹会使裂纹扩展时产生裂纹闭合现象,而裂纹闭合理论认为循环载荷中只有裂纹完全张开的部分才对扩展有贡献,因此张开应力是影响裂纹扩展速率的关键参量。在工程中准确预测含裂纹损伤结构的疲劳寿命,定量计算张开应力是有待解决的关键问题。已有的张开应力研究中,解析法
随着现代测量技术和信号处理技术的发展,钢结构舰船周围存在的物理场信号严重影响着其生命力,如磁场、电场、声场、水压场和热场等。相比较而言,由于磁引信水下武器具有抗扫能力强的优点,因而磁性水雷、磁性鱼雷等武器一直被广泛应用于军事领域。对于水面舰艇来说,其磁场信号作为水下磁性武器的引爆源,对舰船产生威胁;从水下目标识别方面来说,搜索水下磁场信号是探测物体的重要手段之一。舰船磁场隐蔽性是衡量其战斗力及生存
随着船舶尺度的增大,船体结构刚度变得越来越小,这意味着波浪激励频率和船体振动固有频率更加接近,进而使得弹振和颤振等水弹性响应更加明显。与势流方法相比,基于求解雷诺平均纳维尔斯托克斯方程的CFD（Computational Fluid Dynamics）方法则能很好地考虑流场的所有非线性因素,在此基础上,通过和FEM（Finite Element Method）方法耦合求解,可以进一步精细考虑到结构
交通运载工具间碰撞与冲击中的安全问题是非常重要的问题。在发生碰撞时如何有效地吸收能量并保护人员及财产安全一直受到关注,并成为热点的研究领域。能量吸收装置是一种保护人员和关键设备安全的主要方式。薄壁管结构在吸收能量方面具有经济性、有效性、可靠性等优点,在汽车等运载工具中被广泛使用,如吸能盒等。薄壁管结构的吸能效果与其结构形式,屈曲模态和变形演变路径等有着直接的关系。目前采用的主要方式是预制初始形状、