小方形系数船体总纵强度波浪载荷计算研究

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:suntiger2009
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在船体结构强度的校核过程中,由波浪所引起的载荷——即波浪附加弯矩和波浪附加剪力一直以来都是船体外载荷的主要成分,因此受到船舶结构工程师的关注。对于常规的船型,各国的船级社在入级规范给出了校核船体总纵强度时波浪载荷的计算方法。对于非常规船型,则一般采用直接计算的方法对波浪载荷进行预估,具体来说,就是使用基于频域线性算法计算波浪载荷的频率响应函数,然后配合法谱分析计算波浪载荷的设计值。这一计算方法对类似于大型油船这种舷侧为直壁的大方型系数船舶波浪载荷可以做到相对准确的预估,但是对于非常规船型中方形系数小、且“外飘”明显的高速船舶,在实际航行过程中,波浪的动态效应以及船体大幅运动下外型对波浪瞬时特征的影响都十分显著,因此频域线性算法对小方形系数船舶的波浪载荷预报相较于实际情况会有所偏差。针对这一情况,本文以两种船型——“外飘”式小方形系数船舶和“直壁”式大方形系数船舶为研究对象,使用不同方法计算其波浪附加载荷,主要完成的工作和结论有:(1)研究梳理了船体总纵强度校核的常用方法,介绍了波浪载荷设计值确定方法的发展历程,然后对频域线性算法和时域非线性算法的原理进行了对比和分析;(2)分别以一艘“外飘”型小方形系数船舶和一艘“直壁”型大方形系数船舶为研究对象,采用四种现行规范,对这两个模型的波浪附加载荷进行计算,发现规范倾向于认为“外飘”式小方形系数船舶比“直壁”式大方形数船舶会有更大的“中垂”波浪附加弯矩,以及更小的“中拱”波浪附加弯矩;(3)基于坦谷波理论,对上述两个模型的波浪载荷通过有限元方法进行计算,分析发现“中垂”工况下的波浪附加载荷大于“中拱”工况,此外,“直壁”式大方形数船舶在“中拱”状态下的波浪附加载荷偏高,再叠加上静水载荷之后,值得引起关注;(4)通过水动力学数值计算方法对两个模型的波浪附加载荷进行计算,发现基于频域线性算法的设计波法,由于没有考虑波浪的动态效应,因此在求解“外飘”式小方形系数船舶的波浪诱导载荷时会出现一定偏差。此外,通过比较基于规范公式、基于坦谷波理论的有限元计算,以及基于水动力数值算法的波浪诱导载荷计算结果,就两个模型船舯剖面处的波浪附加弯矩进行了综合分析,发现:“中拱”状态下由频域算法计算得到的波浪附加弯矩偏于保守。
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