超大型集装箱船中横隔板拓扑优化方法研究

随着国际货运需求的增加,大型集装箱船的吨位越来越大,为节约建造成本,在设计阶段有必要对集装箱船结构进行优化。本文以超大型集装箱船的板架结构作为研究对象,探索拓扑优化在箱船中的应用。在指定应力强度的约束条件、以结构重量最轻为优化目标下,对中横隔板的几何形状进行优化计算。此外,为了使优化后的结构拓扑形式便于生产、加工,约束条件还增加了轴对称条件。迭代优化后的结果表明,横隔板下部材料可以去除,一方面节约船体空间,有利于管道、电缆的铺设;另一方面结构重量(相对于原横隔板)减少了18%,而最大应力只增加1.5%。在箱船横隔板设计中,可以采用相同的方法进行拓扑优化以获得更好的拓扑形状。

浮体在时域中的瞬时运动和波浪力数值模拟

考虑浮体时域运动及波浪力计算中时域Green函数的计算困难,由时域Green函数及其导数表达式,建立各自满足的定常非齐次常微分方程.考虑常微分方程的定常、非齐次特性,引入精细时程方法进行数值计算;与此同时,给出了此方法中难以确定的定常系数矩阵的选取建议.同时由此方法计算所得时域Green函数应用于零航速浮体的瞬时运动和波浪力数值计算.研究结果表明,在相同时间步长(如Δt=0.01)时,此方法相对于四阶Runge-Kutta更为准确的计算了时域Green函数;为浮体在时域中的准确预报,提供了可靠的数值基础.

基于精细时程积分方法的时域格林函数计算(英文)

文章提出了一种精确计算三维时域格林函数记忆项本身及其导数的方法。基于精细时程方法求解时域格林函数及其导数所满足的定常非齐次常微分方程组,得到时域格林函数数值解。文中通过与解析方法和其他方法的比较,验证了该方法的精确性、稳定性和高效性。

基于水动力-结构模型的波浪载荷计算方法

为了更精确地计算分布于结构网格上的水动压力,提出了一种与结构分析协调的波浪载荷计算方法。依据线性势流理论,采用三维频域波浪载荷计算方法,建立了水动力-结构模型的边界积分方程求解结构网格控制点的速度势,实现水动压力在结构单元上的直接计算。开发了适合通用有限元分析软件MSC.NASTRAN的波浪压力直接计算及自动加载程序。最后,对某补给船进行了水动力计算和结构分析,对比结果表明,研究方法可以很大程度上改善结构模型的平衡性,使结构响应结果更合理可靠,具有较大的工程实用价值。

一种船舶运动和载荷响应的非线性预报方法

首先采用半解析的方法得到时域水动力系数,并给出一些数值计算时实用性的建议,然后计及瞬时湿表面变化引起的非线性恢复力和入射波力并在时间域内计算运动方程,最后对实船进行了运动和载荷预报,数值结果与模型试验数据对比表明,载荷非线性要比运动非线性明显;采用的计及非线性影响的预报方法是切实可行的。

基于B样条的船体网格划分及水动力计算

基于B样条理论的特点,提出一种高效的船体水动力网格划分方法,开发相应的程序。将此方法直接应用于某50万t矿砂船的三维线性频域水动力计算中,将计算结果与文献结果进行对比分析,其结果与相关文献结果非常吻合,认为用B样条方法进行船体水动力网格划分是可行。

支线集装箱船整船强度和疲劳有限元分析

在分析UR S11A和S34生效后的集装箱船整船屈服、屈曲要求的基础上,以1艘支线集装箱船为对象,计算得到目标船整船结构各个计算工况下的应力分布,完成整船屈服、屈曲强度评估和疲劳筛选及评估,分析发现支线集装箱船艏、艉非货舱区域结构和货舱区域的横向结构,以及整船重点区域的疲劳问题不容忽视。在设计时,对上述区域结构应重点关注,必要时建议选择装载手册中最危险的工况开展整船屈服、屈曲和疲劳评估并作适当加强。

风帆辅助推进技术对EEDI的贡献度计算方法研究

风帆辅助推进是一种创新型能效技术,有显著的节能效果,能辅助船舶达到能效设计指数(EEDI)第三阶段要求.当前亟待制定一套通用和易于操作的计算方法,为评价风帆辅助推进技术对EEDI的贡献提供依据.论文通过对现有EEDI法规适用性的论证,分析风帆助推技术特点,提出一种针对风帆助推船舶的EEDI计算方法,然后将该方法应用于全球首艘风帆助推超大型油轮,进行了风帆助推技术对EEDI贡献度的计算.

一种适用于船舶时域运动快速计算的混合方法

在时域内建立Rankine源法和时域Green函数法互相匹配的数学模型,控制面上的解既满足内部自由面条件,又满足远方辐射条件。由匹配数学模型可知只有控制面涉及到时域Green函数且与主尺度满足比列关系,因此不需每次都制表插值,实现了时域内船舶运动快速计算。将文中方法应用于零航速船舶瞬时运动数值计算,结果表明该方法具有良好的精确性、稳定性、高效性和普适性。

集装箱船等效设计波法中疲劳载荷概率系数的确定

为了在应用等效设计波方法时将船体梁载荷规范包络值、运动包络值、加速度包络值转换为疲劳评估载荷,需得到疲劳载荷概率系数这一重要参数。采用基于三维势流理论的水动力计算软件,分析多型集装箱船不同航速及超越概率的载荷长期预报值,得到用于疲劳评估的疲劳载荷概率系数的直接计算值。对直接计算值进行回归分析,拟合出各载荷的概率系数简化公式。结果表明,简化公式比较理想。

方形波浪中船舶运动特性的CFD数值模拟研究

当两种不同方向的风生成的波浪或涌浪传播到某一海区时,会出现大范围的方形波浪现象,对过往船舶的6自由度运动有很大的影响。论文基于CFD方法研究方形波浪中S175型船的运动。并基于动量源项和强迫波力技术建立了方形波浪的数值造波与消波方法。然后,基于重叠网格和VOF技术建立方形波浪中船舶运动的预报方法。分析了不同方形波浪参数对船舶运动性能的影响,为船舶遭遇方形波浪时的安全航行提供建议。

极地碎冰航道内的近水面潜艇冰载荷特性研究

极地海冰可以为潜艇提供良好庇护,为执行紧急作战任务或处理突发险情,潜艇需要突破层冰覆盖紧急上浮。当层冰厚度较大时,潜艇可借由破冰船开辟的碎冰航道实现上浮作业,但航道内漂流的碎冰可能对上浮后的潜艇构成威胁。论文参考HSVA冰槽试验以及北极海冰统计特征建立了碎冰数值模型,基于CFD-DEM耦合方法,采用STAR-CCM+软件,对碎冰航道内上浮潜艇所承受的冰载荷特性进行了研究,数值模拟结果表明:(1)潜艇在碎冰航道中所承受的冰载荷主要包括碎冰对水面处艇身前端区域的碰撞和侧面区域的摩擦,而碰撞的间断性和摩擦的连续性使得潜艇所受碎冰载荷的变化是一个重复“加载-卸载”的过程;(2)在碎冰航道中水流作用下产生的潜艇兴波使得碰撞区域前的碎冰逐渐远离潜艇,从而使得在模拟后期这部分碎冰产生的碰撞载荷渐渐减小直至消失;(3)出水面高度对潜艇所承受的冰载荷影响较大,在出水面高度λ=0~3H/2范围内(H为潜艇围壳高度),潜艇所受冰载荷与潜艇的出水面高度成正比,且载荷数据的离散度随高度增加而变大;(4)λ=H工况下的潜艇由于其背部上方碎冰群的变化,其所受冰载荷峰值的震荡幅度在模拟的前后期差异较大,且在模拟初期冰载荷峰值大于λ=3H/2工况下的冰载荷峰值。