砰擊載荷作用下船體結(jié)構(gòu)載荷預(yù)報及結(jié)構(gòu)響應(yīng)研究.pdf

1、船舶在波浪中航行時，由于船體和波浪之間的劇烈相對運動，不可避免地會出現(xiàn)砰擊現(xiàn)象。砰擊發(fā)生時，最突出的問題是在與波浪發(fā)生直接沖撞的船體區(qū)域產(chǎn)生巨大的砰擊壓力，嚴(yán)重時會引起局部結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)，導(dǎo)致船體局部結(jié)構(gòu)屈曲；其次會引起整個船體梁的瞬態(tài)彈性振動，對船體結(jié)構(gòu)安全性有一定影響。因此，就船體結(jié)構(gòu)安全性方面而言，砰擊載荷作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)問題值得我們關(guān)注。
　　基于上述原因，本文使用大型非線性有限元軟件MSC.DYTRAN對二維楔形體、二維

2、艏部結(jié)構(gòu)和三維船艏結(jié)構(gòu)的入水砰擊問題進(jìn)行了系列的數(shù)值仿真模擬，特別對二維艏部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了試驗研究，得出砰擊載荷在船艏結(jié)構(gòu)表面的砰擊壓力分布情況，并以此為基礎(chǔ)，分析了三維船艏結(jié)構(gòu)入水砰擊壓力及結(jié)構(gòu)響應(yīng)，擬合出適用于不同工況下的砰擊載荷預(yù)報公式。主要工作如下：
　　(1)闡述了船舶砰擊有限元基本理論，對二維平底結(jié)構(gòu)入水砰擊問題進(jìn)行了數(shù)值仿真研究。數(shù)值仿真過程中考慮真實情況下的空氣墊、大氣壓力等因素的影響，并分析了一定速度下、不同斜傾角的

3、結(jié)構(gòu)入水砰擊壓力及流場的變化情況，將數(shù)值模擬結(jié)果與文獻(xiàn)中試驗結(jié)果進(jìn)行比較，從而驗證該仿真方法的可行性和可靠性。
　　(2)在考慮氣墊效應(yīng)的影響下，研究二維楔形體以不同的斜傾角、不同速度入水時結(jié)構(gòu)表面砰擊壓力峰值的變化規(guī)律，回歸出砰擊載荷預(yù)報公式。利用該公式可預(yù)報出二維楔形體表面上的砰擊壓力，為進(jìn)一步計算船體結(jié)構(gòu)響應(yīng)提供準(zhǔn)確的載荷輸入。
　　(3)基于某實船船艏兩典型站位結(jié)構(gòu)形式，按照剛度相似和一定縮尺比設(shè)計出一個具有兩種剛度

4、的二維船艏試驗?zāi)Ｐ?。首先，對該試驗?zāi)Ｐ腿胨閾暨^程進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到不同工況下試驗?zāi)Ｐ蜕系膲毫Ψ植?；其次，對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了砰擊試驗研究，得到不同速度下試驗?zāi)Ｐ筒煌瑴y點的砰擊壓力分布，并將試驗結(jié)果和數(shù)值仿真值進(jìn)行對比，以驗證數(shù)值仿真方法的準(zhǔn)確性，從而為三維結(jié)構(gòu)入水砰擊過程數(shù)值模擬研究奠定了基礎(chǔ)。
　　(4)首先，對三維回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)入水砰擊問題進(jìn)行仿真研究，并與文獻(xiàn)中的試驗結(jié)果進(jìn)行了對比，從而驗證了利用仿真方法計算三維結(jié)構(gòu)入水砰擊問題的