艦船破浪中的強非線性砰擊與顫振回響的耦合分析

《艦船破浪中的強非線性砰擊與顫振回響的耦合分析》是依託哈爾濱工業大學，由何廣華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：艦船破浪中的強非線性砰擊與顫振回響的耦合分析
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：何廣華

項目摘要

隨著艦船的大型化和高速化，艦船破浪航行中的強非線性上浪、砰擊與顫振回響問題變得更加突出。這一複雜物理現象的準確預報對艦船的航行性能、安全性能具有重要意義。艦船破浪航行過程中砰擊與上浪往往是同時發生的，並常伴隨著水體飛濺、水氣摻混等強非線性現象，該過程是船體運動、砰衝擊荷載和顫振回響三者之間的相互耦合過程。但由於問題的複雜性，目前仍沒有很好地對這一強非線性的三維耦合過程進行準確的研究與分析。本研究將基於CIP方法建立固-液-氣多相流數值水池模型求解船體劇烈運動、砰擊飛濺、水氣摻混等強非線性現象。採用有限元方法建立船體梁振動回響模型，並與數值水池模型進行融合，建立砰擊與上浪聯合作用下的船體運動、砰衝擊荷載和顫振回響的全耦合時域分析模型。通過開展物理模型試驗和數值研究，分析砰擊特性與振動回響特性、及其對艦船航行性能、安全性能的影響機理，明確船體運動、砰衝擊荷載和顫振回響之間的耦合作用機制。

結題摘要

隨著艦船的大型化和高速化，艦船破浪航行中，尤其是貨櫃等肥大型船舶的強非線性上浪、砰擊與彈性回響問題變得更加突出。這一複雜物理現象的準確預報對艦船的航行性能、安全性能具有重要意義。砰擊與上浪經常是同時作用在船上，且伴隨著水體飛濺等強非線性現象。本研究將基於自編程代碼CIP方法建立二維、三維的固-液-氣多相流數值水池模型求解船體劇烈運動、入水砰擊、水氣摻混等強非線性現象。結合商業軟體的有限元方法建立船體振型，並與數值水池模型進行融合，建立砰擊與上浪聯合作用下的船體運動、砰衝擊荷載和振動回響的全耦合時域分析模型。為研究船舶的水彈性回響與砰擊載荷，把船體分為多個分段（不同剖面），從簡單到複雜、從二維到三維，展示了數值模型和物理實驗研究。計算了二維楔形體和S175經典船型的不同剖面的入水砰擊，與相應試驗數據進行了對比驗證。進行了海洋中固定或自由運動的浮體受到的波浪力和複雜自由液面抬高的計算模擬，對三維船模在波浪中所受砰擊載荷及其運動回響進行了模擬。給出了高海況下船舶大幅運動的多相流數值模型、兩分段（浮箱）、三分段（浮箱）的水動力性能研究、船體分段入水砰擊研究、船體大幅運動與甲板上浪的時域模擬、大幅運動與波浪增阻的時域模擬及物理模型與數值模型的對比驗證等研究。