基于三维水弹性力学的浮体结构机械阻抗分析

水中浮体结构的阻抗反应了其湿结构系统本身的固有特性。采用模态分析方法,能以较少的自由度,全面而精确地描述船体复杂结构的振动特性,从而大大简化分析与计算。文中基于三维水弹性力学分析方法,采用模态叠加原理,对机械阻抗进行了计算,分析了浮体湿结构在水中的动态特性,并讨论了自由液面和水介质压缩性的影响。

三维水弹性集成软件的设计与实现

为了满足三维水弹性软件商用化的应用要求,文章通过对已有三维水弹性程序的使用经验的分析,设计并实现了其前后处理功能模块,形成统一的商用化集成软件。并以某18万吨的散货船为例,利用该商用集成软件进行分析处理,用以进一步展示完成的集成软件的功能。最后给出了软件进一步发展的设想。

FPSO运动与波浪载荷三维水弹性分析方法研究

为了与三维水弹性方法相匹配,将二维梁振动理论与三维刚性船体湿表面网格划分方法相结合,提出了一种适用于三维弹性浮体的湿表面网格划分方法.在此基础上利用广义流固耦合界面条件,建立分布源积分方程,获得计及船体弹性效应的三维水动力系数和绕射力.进而建立了船舶在规则波中的广义水弹性运动方程,求解出各阶振动的主坐标后,利用模态叠加法计算船体的波浪载荷.通过实船计算表明,该方法具有较好的计算精度.

基于模型试验与三维水弹性理论的船舶波激振动响应研究

船体波激振动使得船体结构中产生高频、持续和具有一定幅值的振动应力,可能引起结构发生严重的疲劳损伤,因而对船舶结构的安全性带来严峻的挑战。文章以一艘大型LNG船为研究对象,采用三维线性水弹性理论与水池模型试验方法对船舶波激振动响应进行了比较分析,研究了规则波与不规则波中的波激振动特性。改变该LNG船的刚度,并保持船型、重量分布等其它主船体特征不变,在模型试验和理论计算中探讨了刚度对波激振动的影响。通过两种刚度船体梁的模型试验与理论计算结果的比较分析,给出了波浪周期和船体刚度的变化对波激振动影响的几点结论。

基于三维水弹性力学的船上设备激励力分析

在波浪中航行的船舶不仅受到波浪激励,还受到船上机械设备的激励力作用。在分析船舶结构时,要全面分析设备开启时的激励力特性。论文运用三维船舶水弹性力学分析方法,利用设备基座的机械阻抗和设备开启时的实测加速度,可以较为精确地分析船上设备的等效激励力。

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。

三维水弹性软件并行化的初步实现

为了满足超大型浮体尺寸巨大、结构复杂的分析需求,以及三维水弹性软件商用化的快速计算要求,文章通过对已有三维水弹性程序的分析,设计并实现了多参数并行化快速计算,为超大型浮体进一步水弹性分析奠定了良好基础。文中以常规船舶和超大型浮式平台为例,测试了并行化软件的正确性与快速性。结果表明,并行化改造达到了快速计算的效果。

基于三维水弹性理论和谱分析法的多体固连结构疲劳分析

多耐压体结构越来越多运用在深海装备设计中,针对多个耐压体之间固连结构的研究也愈发重要。本文利用三维水弹性软件ICS-TAHFTS对深海运载平台进行频域水弹性分析,得到固连结构的应力响应,基于Miner准则,利用谱分析方法对水面状态下的固连结构进行了疲劳累计损伤计算和寿命评估。

变化海底地形上浮驳的水弹性响应（英文）

在岛礁附近的海底地形通常是不平整的,这种复杂的海底地形也是海洋环境中非常重要的因素。文章利用考虑浅水变深的三维水弹性分析方法计算了一艘浮驳在非均匀海底地形情况下的波激响应及其载荷。通过与均匀水深的对比,复杂海底地形的影响显而易见。通过模态叠加的方法,三维水弹性可以预报规则波下诸如弯矩和应力等波激振动响应,从而得到设计波下对应的载荷。通过在岛礁附近服役的浮式结构物波浪载荷预报可以看出非均匀海底产生了很大的影响,原因是不同的水深和变化的海底地形。而一旦考虑地形,在整个流固耦合分析中,大量的水动力网格就需要借助并行计算来减少计算耗时。

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。

超大型浮体运动与波浪载荷的水弹性响应分析

本文建立了桁架式超大型浮体(VLFS)构型方案,并采用迁移矩阵法进行模态分析;然后,基于三维水弹性理论方法,对该VLFS进行了运动与载荷响应计算,分析了不同海况和浪向角对浮体运动与载荷响应的影响;最后,将水弹性计算结果与基于刚体假设的载荷计算结果进行了对比,以分析弹性效应对浮体波浪载荷的影响。

水中三维结构的湿模态分析方法

水中任意几何形状结构的流固耦合振动特性的研究对船舶及海洋工程应用具有很大的价值。本文利用三维水弹性分析方法计算流体附加质量和恢复力系数，然后求解由结构的干模态广义质量、广义刚度及流体附加质量、流体恢复力系数所构成的耦合特征方程，从而获得结构的湿模态及特征频率。计算结果与整体弹性船模式试验结果吻合。

VLCC在波浪中弹性响应的理论与模型试验研究

商船的大型化发展使得船长变得越来越长。这将导致大型船舶在大洋中航行时船体梁产生由于流固耦合作用引起的波激振动和砰击颤振。文章采用模型试验和理论预报方法研究了一艘VLCC在满载和压载条件下的低频和高频垂向波浪载荷响应特性。试验模型长度超过6 m,采用两根非均匀截面梁来连接模型分段,并在分段处测量模型横剖面处的垂向弯矩。理论计算采用二维非线性切片理论和三维线性水弹性理论,预报结果和模型试验结果进行了比较。分析发现船体梁的波激振动易在小波高和低波浪周期下发生,尤其是船体梁的两节点垂向湿谐振频率为遭遇波浪频率整数倍的时候。波幅增大后,船体梁还将发生砰击颤振。波浪持续激励时波激振动和砰击颤振往往会耦合发生,由于船体梁小结构阻尼的影响,目前的技术手段难以从船体梁总振动中把它们分离开来。船舶的装载条件会对船体梁的振动特性尤其是波激振动产生较大的影响,研究发现压载条件下的波激振动响应要比满载条件下的严重,在已有文献中提到这种影响的机理在文中得到了模型试验和理论计算的再验证。

船体三维变形响应的数值预报

针对航行中舰船变形问题,采用三维水弹性理论实现了波浪中舰船的动态变形预报。通过拟合不同模态下船体有限元模型的节点位移,实现了将三维模态信息应用于广义流固耦合界面条件。建立了舰船在规则波中的广义水弹性运动方程,求解出各阶振动模态的主坐标。将各阶弹性模态主坐标与预报位置的角变形矩阵相乘,得到角变形响应。针对某实船,分别采用三维水弹性方法和三维刚体方法进行计算,通过对船体结构角变形响应的对比,验证了三维水弹性方法的正确性,同时也证明了该方法在计算效率上的优势。

蛋形仿生耐压壳水下声辐射特性研究

以直径2 m、工作水深4 km的钛合金球壳为对象,通过Narushin (N-R)方程描述鹅蛋、鸡蛋、鸵鸟蛋的形状函数,采用等容积、等最大应力水平的方法设计了仿生耐压壳体,通过有限元方法分析各壳体在空气中和水中的模态特性,最后利用三维水弹性方法计算蛋形仿生耐压壳体的远场声辐射。计算结果表明,在500 Hz以下频段,蛋形壳在尖端和钝端激励时引起的声辐射要优于球壳,其中鹅蛋型曲线的耐压壳体具有较优的辐射噪声特性。在500 Hz以上频段,球壳的辐射噪声远低于蛋形壳。激励位置对蛋形耐压壳体声辐射影响明显,分析结果可为低噪声水下仿生耐压壳结构设计应用提供有效参考。

对一型潜器的水下振动响应分析（英文）

文章基于三维水弹性方法,分析了一型潜水器水下航行中的振动响应特性,通过求解干模态的广义坐标响应及对应的附连水质量,确定了干模态频率和湿谐振频率的对应关系。该文预报的水下响应曲线的峰值频率得到了水声试验测试结果的印证,说明了三维水弹性方法在求解水下结构振动响应问题上的有效性。文中最后对潜器尾部结构进行了改进,改进前后速度响应幅值曲线的比对表明,增加尾部纵桁结构的刚度对抑制潜器的尾部振动有明显的效果。

THAFTS-Acoustic软件全流程多级并行与容错设计

经过多年的技术发展,三维水弹性计算软件声学分析模块THAFTS-Acoustic已成为船海领域声固耦合分析的重要工具。随着计算量的不断增加,高性能计算能力成为制约该软件实现工程应用的关键因素之一。本文首先对软件核心求解模块的计算特征进行详细分析,发现软件在不同计算阶段计算密集度相差悬殊,数据间计算耦合方式不规则,单一并行模式无法保障所有核心段的高效并行。然后基于神威太湖之光超级计算系统设计实现混合异构多级并行算法和容错功能,提高软件的计算效率,并规避软硬件故障风险。最后,通过大规模并行算例测试全流程多级并行版本的加速性能。结果表明,以5万核心测试为基准,软件在百万核心运行时并行效率超过了38.3%。

船体梁刚度对波激振动影响的比较研究

船舶大型化发展的趋势使得其尺度越来越大,而结构轻量化设计的需求则使高强度钢被大量应用于其结构设计之中,相对于传统的小尺度船舶,相对刚度的下降使得船体梁变得越来越"软",这将导致大型船舶在波浪中航行时船体结构波激振动特性发生变化。采用模型试验和理论预报的方法,研究某大型工程船在不同船体梁刚度下的低频和高频垂向波浪载荷响应。分段试验模型采用2种横剖面惯性矩的钢质梁,用以分别模拟船舶横剖面原始的和变化后的刚度。采用三维水弹性理论对该船在波浪中的响应进行预报,并与模型试验结果进行比较。结果显示:小刚度的船体梁更易在波浪中发生波激振动;频繁的波激振动将导致结构发生严重的疲劳损伤问题。这种刚度变化对船体梁波激振动的影响规律表明,有必要将刚度作为大型船舶结构优化设计的重要参数之一。

箱式超大型浮式结构物在波浪中的运动响应研究

应用三维水弹性理论和刚体的三维势流理论对箱式超大型浮式结构物在波浪中自由漂浮时的运动响应进行了对比研究。

波浪中船体结构机械阻抗的分析方法研究

采用三维船舶水弹性力学分析方法,基于大型三维有限元模型和模态分析法,利用少量的弹性模态,综合考虑附连水的影响,对船体结构的机械阻抗分析方法进行研究,结果表明机械阻抗合理有效,满足工程需求。