考虑航速及自由液面影响的声介质中三维结构水弹性力学研究

基于Wu建立的带航速三维水弹性理论,采用考虑自由液面效应的理想可压流体Green函数,提出了带航速和考虑自由液面的声介质中三维水弹性结构声辐射计算方法。对THAFTS三维水弹性计算程序进行修改,得到声介质中三维水弹性计算程序。针对无限大流体中的静态弹性球壳结构声辐射模型进行一系列数值计算,通过与解析结果的比较,验证了该计算方法和计算程序的正确性。进一步计算不同潜深、不同航速下弹性球壳的结构声辐射,以此为基础对该计算方法和计算程序进行进一步考核,同时分析了航速和自由液面对水下结构声辐射的影响。

海洋浮体二阶非线性水弹性力学分析——二阶力对浮体振动时间响应的影响

采用前文建立的海洋浮体二阶非线性水弹性理论 ,在系泊浮体一阶及二阶主坐标计算的基础上 ,本文给出了系泊浮体梁一阶及二阶主坐标的时间响应 ,分析了各运动模态受二阶力影响的规律 ,发现与纵荡、横荡或艏摇运动模态的对称特性相同并具有耦合效应的运动模态受二阶力的影响较大 ,而其它运动模态受二阶力的影响则较小。最后计算了浮体梁算例的垂向位移、弯矩和剪力的时间响应。得出了一些可供工程实践参考的结论。

水弹性力学在SWATH船体结构振动响应分析中的应用研究

文章以三维水弹性力学理论为基础,对小水线面双体船的船体振动响应特性进行了分析,预报了该船体在航行时受发电机激励下的振动响应,并与实船测量结果进行了对比,结论表明三维水弹性力学方法在船体受机械激励作用下对于船体振动响应的预报是有效的,可应用于工程设计。

基于水弹性力学的SWATH船结构振动与噪声分析

文章以三维水弹性力学理论为基础,提出了综合考虑波浪与设备机械激励下的船体结构振动分析方法,并对小水线面双体船的船体振动响应特性进行了分析,预报了该船体的固有频率特性,及在试验工况与航行时受发电机激励下的局部结构振动响应,并与实船测量结果进行了对比。结果表明,该方法对于船体总振动、及船体受机械激励作用下的强迫振动分析预报是有效的,可应用于工程设计。同时,利用水弹性方法对SWATH船在波浪中的辐射噪声与近场噪声进行了预报,数值预报结果与试验进行了对比,表明该方法在噪声分析中也是可行的。

海洋浮体二阶非线性水弹性力学分析—基本理论

将考虑到二阶的流场压力在浮体瞬时湿表面上积分 ,得到用于非线性水弹性理论分析的广义一阶流体作用力和广义二阶流体作用力。广义一阶流体作用力中的波浪激励力、辐射力和恢复力与线性水弹性理论中的广义流体力具有相同的形式 ,仅比线性水弹性理论多了一项 ,反映了由刚体的转动引起的对一阶流体恢复力的影响。广义二阶流体力由五部分组成 ,即 :与入射势和反射势有关的广义二阶波浪激励力、与辐射势有关的广义二阶辐射力、由辐射势与入射势及反射势的耦合引起的广义二阶力、由于湿表面的移动引起的一阶流场静态压力对广义二阶流体力的贡献、以及由于瞬时湿表面积的变化引起的广义二阶力。同时推导了不规则波中的广义一阶及二阶流体动力系数的表达形式。建立了在不规则波中航行浮体的线性和非线性水弹性运动方程 ,给出了求解方法。

声介质中水弹性力学消除不规则频率的方法

文章根据简单源方法(源汇分布法)中不规则频率的产生机理,在内部流场中引入一个虚拟阻抗封闭曲面用于吸收声振能量,消除内部流场的共振现象,以此消除不规则频率。将该方法与现有的水弹性力学简单源求解方法相结合,应用声介质中水弹性力学计算程序THAFTS求解了一球形浮体涨缩振动和刚体平动的声阻抗,通过与解析结果的比较,验证了文中所述的方法能较好地消除不规则频率。同时进一步计算分析了内部虚拟阻抗曲面的大小以及曲面上声阻抗的大小对消除不规则频率效果的影响,为该方法的实际应用提供了理论指导。

船舶水弹性力学理论的研究进展

船舶水弹性力学理论在过去近三十年中取得了长足的进步,尤其是三维水弹性理论已被广泛应用于船舶与海洋工程领域的流固耦合问题中。全面地回顾了国内外船舶水弹性力学理论及试验研究的历史与现状,将水弹性力学理论分为二维线性、三维线性、二维非线性、三维非线性等几类,以波浪中航行船舶的水弹性力学理论研究与应用为重点,依次进行了介绍。在船舶水弹性试验方面,着重介绍了国内在整体弹性船模试验研究中取得的进展。

海洋浮体水弹性力学研究历史与现状

全面系统地介绍了海洋浮体水弹性力学的国内外研究历史与现状。将水弹性力学分为二维线性、二维非线性、三维线性、三维非线性等几类,并依次进行了论述。重点介绍了水弹性分析理论在超大型浮体的动力特性研究中的应用现状。

B-Spline高阶元方法在三维水弹性力学中的应用

本文简要叙述了Ｂ－Ｓｐｌｉｎｅ样条函数的基本性质；将二元高阶Ｂ－Ｓｐｌｉｎｅ函数与Gａｌｅｒｋｉｎ方法相结合，形成了任意光滑空间曲面的二元高阶 Ｂ－ Ｓｐｌｉｎｅ函数簇解析表达方法； 讨论了 Ｂ－ Ｓｐｌｉｎｅ函数在三维水弹性力学边界积分方程中应用的一些数值计算问题。

航速及定常流场对航行船体结构水弹性力学特性的影响

本文侧重于研究航速对船舶结构水弹性力学响应的影响。在文中所叙述的航行船体的三维线性水弹性力学的频域分析方法中，计入了物面边界条件、线性自由面条件以及广义水动力系数和广义波浪激励力积分方程中所有与航速相关项的贡献。对近波面潜航椭球体和在波面上航行的半椭球型弹性水面船体进行了一系列的数值计算，讨论了船体细长比、航速、非均匀定常流场及满足不同自由面条件的格林函数的选用等对船体水动力系数、波浪激励力及结构响应的影响。与整体弹性船模试验结果及三维时域方法、二维方法计算结果进行了比较。

三维水弹性力学中的结构广义质量计算

该文给出了三维水弹性力学中弹性模态位移振型归一化时广义质量的计算方法 ,并应用三维有限元方法计算了箱式大型浮体结构的固有频率和广义质量。经与均匀梁解析解的比较表明 ,两种方法差异不大。因此 ,采用均匀梁解析解来计算这种结构的固有频率和广义质量是完全可行的 ,简化了计算工作。

多不连通流域耦合的声介质中三维结构水弹性力学研究

在外流场与结构耦合的声介质中三维结构水弹性力学的基础上,提出多不连通流域耦合的声介质中三维结构水弹性力学计算方法。在计算中增加虚拟阻抗封闭曲面,用来消除不规则频率。在用于处理声弹耦合问题的大型三维水弹性计算程序THAFTS中,增加了多不连通流域耦合的计算功能。以舷间充水双层弹性球壳的结构声辐射问题为考核算例,通过与解析结果的比较,验证了计算方法和计算程序的正确性。

三维对称楔形体入水的水弹性力学分析

结构入水砰击是一个很复杂的水弹性力学问题,在船舶与海洋工程领域,人们对其十分关注。本文借助模型试验和商用软件平台Ansys技术,对结构入水砰击过程展开研究。首先,自主设计入水结构模型、试验装置,通过布置在楔形体结构内的传感器,全程实时监测楔形体结构下落的压力变化。然后,基于试验结果,数值模拟了三维弹性楔形体的入水砰击过程。得到了砰击压力云图、等效应力云图以及流体的速度云图,对比分析了弹性体测点与试验中测点的砰击压力,验证了该数值模拟方法的可行性与有效性。

小水线面双体船波浪载荷水弹性分析

三维水弹性力学将结构分析的有限元方法与围绕柔性体的势流理论结合起来,为在波浪中航行或驻立的复杂结构的运动和内力分析提供了一个流固耦合的统一分析方法,也为小水线面双体船的分析提供了有效的分析工具。文中将水弹性力学方法和谱分析方法相结合,对1100吨SWATH船进行波浪载荷预报,并将计算结果与水池模型试验数据及国外相关资料进行了对比,说明了水弹性分析方法对于SWATH设计的合理性。

水弹性子结构分离及集成方法

针对船舶结构流固耦合动力学问题,提出将主船体与船内子结构分离,采用聚缩阻抗矩阵综合法获取子结构的聚缩动刚度矩阵,采用声介质中三维结构水弹性方法计及主船体与水介质的流固耦合作用。在此基础上,通过边界协调条件,完成主船体与子结构的集成。该方法提供接口的作用,使得研究成果具有更好的继承性。最后通过一数值算例和一水下结构振动试验,部分验证了方法的正确性和高效性。

船舶声弹性力学理论及其应用

船舶结构与水介质耦合动力学在改善船舶运动性能与结构安全性,控制船舶振动噪声与提高水下声隐身性能,进行船舶综合性能的优化设计等一系列工程问题中有广泛的应用需求与发展前景.本文综述了船舶水弹性力学、声弹性力学的理论方法、试验技术与应用技术的国内外研究进展;介绍了在带航速三维水弹性力学理论(Wu 1984)基础上,作者所在课题组近年来发展的船舶三维声弹性理论、计算技术及工程应用的概况.简述了船舶三维声弹性理论的部分应用情况及发展方向.

系泊浮体水弹性分析一阶主坐标的频率特征

介绍了系泊浮体的三维水弹性力学分析方法，给出了作用于弹性浮体的描链系统恢复力刚度系数，建立了系泊浮体的频率三维水弹性运动方程，计算了系泊浮体水弹性运动的一阶主坐标，重点讨论了主坐标的频率特征。表明系泊浮体不但存在高频弹性谐振，而且存在低频刚体谐振及耦合谐振现象。

基于三维水弹性理论的箱桁组合式浮式栈桥运动响应研究

以一新型箱桁组合式浮式栈桥为研究对象,建立其三维有限元模型和水动力计算模型,基于三维水弹性理论对该浮式栈桥的运动响应进行数值预报。计算中考虑刚体模态和弹性模态对浮式栈桥运动响应的贡献,并将计算结果与水池试验结果和未计及桥节弹性变形的AQWA计算结果进行对比分析。采用JONSWAP谱对浮式栈桥运动响应进行短期预报,得到不同海况下浮式栈桥的运动响应。结果表明:水弹性计算结果与试验结果吻合良好,浮式栈桥整体刚度较大,弹性变形对桥节运动响应的贡献较小;在波浪圆频率小于1.0 rad/s时,水深对浮式栈桥桥节运动响应的影响较大,当波浪圆频率为0.5~1.0 rad/s时,随着水深的增大桥节垂荡响应幅值随之增大;浮式栈桥端部桥节的垂向位移响应大于中部桥节的垂向位移响应,浮式栈桥桥节横摇运动响应随着浪向角的增大而增大。

水弹性理论与整体弹性船模试验

本文利用水弹性力学理论对整体弹性船模进行了波浪中的运动、加速度和动态应变、波浪弯矩的计算，并与试验结果进行了分析比较，二者吻合良好。从而表明了水弹性力学理论以及整体弹性船模试验技术是可靠的、合理的。

考虑结构弹性变形的超大型浮体锚泊系统时域耦合分析

通常的系泊系统运动和张力分析只考虑浮体作为刚体的自由度运动。然而,当浮体尺度达到一定程度,浮体会在波浪激励作用下产生弹性变形,弹性变形会对系泊缆的张力产生影响。本文基于浮体三维频域水弹性分析方法和系泊缆静力分析方法,建立锚泊系统时域耦合分析方法,获得更加真实的系泊缆张力特性以及浮体的运动特性,在时域模拟中考虑了风、浪、流环境条件对浮体运动和系泊缆张力的作用,同时根据浮体三维水弹性频域计算结果获取浮体弹性变形在系泊点处产生的位移,建立浮体弹性变形对系泊缆张力贡献的计算方法,并针对一布置于400 m水深海域的超大型浮体,计算了浮体的弹性变形对系泊缆张力的贡献。