水弹性理论与分段模型试验在船体振动响应分析中的应用

由于船体振动引起的高应力对船体强度和疲劳寿命产生的影响已引起国内外造船界的广泛关注,因此为了研究船体振动响应问题,详细介绍水弹性理论求解船体振动响应的过程,并结合自航分段模型试验对某超大型高速船舶在迎浪中的振动响应进行了模拟仿真,研究了振动响应沿船长的分布规律,并对振动响应随着海况与航速的变化规律进行了分析,最后基于三维时域非线性水弹性理论对该船船舯合成弯矩及鞭状效应进行了模拟预报,通过计算结果与试验结果的比较分析后发现,两者吻合程度较好。

超大型船舶变截面梁分段模型的载荷试验研究

为了验证船体弹性效应对波浪载荷的影响,在拖曳水池进行了某超大型高速船舶的分段模型试验.介绍了分段模型的设计原则,并改进了传统的分段模型,采用变截面梁对船体刚度进行模拟,分析了不同航速与模型分段数量对总弯矩响应中高频和低频成分的影响,并对极限海况下规则波和不规则波中的弯矩响应进行分析,发现了颤振现象,计算了颤振响应在总弯矩中所占的比重.最后,分别依据刚体理论、线性与非线性水弹性理论对该船的波浪载荷进行了预报,通过比较发现刚体和线性水弹性计算结果与低频弯矩吻合很好,而非线性计算结果与总弯矩吻合更好.

三体船分段模型波浪载荷试验研究

三体船的主体与连接桥结构的波浪载荷特性是船舶结构设计者非常关注的问题,目前对于这些载荷特性进行较为全面的模型试验研究在国内很少。该文在拖曳水池和方形水池开展了某三体船的分段模型试验,详细介绍了分段模型的设计原则,对于纵向载荷和横向载荷的测量采用不同的分段布置形式。通过对试验数据的分析及与理论计算的对比,对三体船横摇运动非线性修正方法加以改进,同时研究了该三体船的船舯横剖面和连接桥纵剖面的波浪载荷特征,得出了一些结论,为船舶结构设计提供了确定设计载荷的依据。

分段模型波浪载荷试验槽型龙骨梁设计与研究

由于分段模型试验可模拟船体的弹性效应,而模型龙骨梁模拟实船刚度分布的准确性对该试验能否模拟真实物理现象至关重要。介绍已有的龙骨梁模型,提出更能反映甲板大开口船舶结构的槽型龙骨梁模型;介绍槽型龙骨梁应力测量方法,并实验验证该方法的可行性。以某船型为例介绍槽型龙骨梁的设计流程,并基于迁移矩阵法计算进行验证。

不同浪向下超大型船舶载荷响应特征的模型试验研究

探寻超大型船振动响应随不同浪向的变化规律对预报真实海况和后期的结构评估具有重要意义。在拖曳水池对某超大型集装箱船进行了分段船模斜浪试验,详细介绍了船模设计原则和斜浪试验测试系统,并通过改变船模分段数量来探究船体弹性效应对振动响应的影响,结果表明船体自身的弹性效应对颤振影响很大,船体固有频率小,更容易出现颤振现象。研究了各浪向下的弯矩响应和砰击压力时历曲线,并对不同成分的弯矩响应和砰击压力随浪向和波长船长比的变化规律进行了分析,经分析发现,迎浪是发生高频颤振最严重的浪向,而斜浪时的最大弯矩多发生在λ/(L·cosβ)=1.0附近。相对于低频波浪弯矩,高频载荷响应对浪向的变化更加敏感。

船舶波浪载荷与砰击载荷的大尺度模型水弹性试验研究

波浪诱导船体梁的水弹性振动及外飘砰击载荷是船舶设计建造中所重点关注的结构强度及载荷响应问题。现有的船舶波浪载荷水池模型试验存在尺度效应明显、波浪环境不真实、模型航行范围受限等缺点。为此,提出了实际海浪环境下船舶大尺度分段自航模型的波浪载荷及砰击载荷试验技术,并详细介绍了大尺度分段模型水弹性试验设计及数据分析方法。介绍了弹性模型龙骨梁的设计及船体湿模态测试分析方法,基于近海测试数据分析了实海况下船舶波浪载荷与水弹性振动的短期预报及响应统计值,研究了三维海况下艏部砰击诱导的瞬态冲击载荷及全船颤振响应特性。

规则波和不规则波中船舶艉砰击及其振动响应的试验研究(英文)

在拖曳水池中对某船舶进行了艉砰击及其振动响应的试验研究。在规则波以及不规则波中的零航速、艉随浪情况下观察到了严重的艉砰击现象。试验数据分析表明,合成弯矩可以分成由波浪载荷引起的低频成分以及由砰击载荷引起的高频成分。由于严重艉砰击载荷的作用,发现在某次规则波试验中合成弯矩比波浪弯矩要大出44%,在3.24m不规则波中合成弯矩增加了43%。不规则波中的试验数据统计表明合成弯矩分布范围服从Weibull分布。推导了服从Weibull分布随机变量的短期概率极值预报公式,针对试验数据进行了预报。还讨论了试验数据分析中的不确定性问题。试验研究表明,对于艉部平坦肥大的船舶,在设计和使用中需要引起对艉砰击及其振动响应问题的重视。

不同海况下艏部砰击及鞭状效应的试验与数值分析(英文)

为了更深入地研究船舶的鞭状效应,在拖曳水池中对某船进行了艏部砰击及鞭状效应分段模型试验研究。提出了一种可以考虑砰击力的非线性水弹性计算方法。并改进了传统的分段模型,采用变截面梁对船体刚度进行模拟以更好地接近实船。在规则波迎浪下观察到了严重的艏部砰击现象。试验数据表明,当波高从5.6m增大到21m时,由于鞭状效应原因,总弯矩相比低频波浪弯矩的增大值从24.64%增长到92.02%。最后,将不同海况下的测量结果与基于线性与非线性水弹性理论的计算结果进行了比较分析,初步验证了文中方法和程序在预报船体波浪载荷中的适用性。

扁平艉型砰击载荷试验研究及结构动态响应分析

针对扁平艉型船舶的艉砰击现象进行了分段模型试验。测量剖面上的垂向弯矩响应,通过频域变换获取砰击弯矩成分,并分析艉砰击对船体梁合成弯矩的影响。基于模型试验测得的砰击压力数据,结合数值仿真计算,获得的压力的时空分布和计算艉部结构在砰击载荷作用下的动态应力响应。研究方法对扁平艉型船舶艉砰击的安全评估具有借鉴意义。

长艏楼船型艏艉砰击响应试验分析

针对长艏楼船型遭遇的艏砰击及艉砰击现象,采用一系列规则波下的分段模型试验测得典型剖面处的垂向弯矩响应,通过时域向频域的变换获取响应值的非线性砰击弯矩成分,综合分析艏艉砰击载荷下船体的垂向弯矩响应,以及浪向、波高、航速等参数对响应特性的影响。

船舶在斜浪规则波中的载荷响应分析

为了研究大型船舶在斜浪中的水弹性效应及波浪载荷特征,选取矩形管状和圆形管状的组合梁作为分段模型载荷试验的龙骨梁,并合理设计组合管状龙骨梁,以保证模型垂向弯曲刚度和扭转刚度的纵向分布与实船相似.通过对分段模型在拖曳水池中不同航速、航向和海况下的规则波试验结果分析表明,分段模型能够较好地模拟船体弹性效应.同时,基于三维非线性水弹性理论对船舶在典型工况下的载荷响应进行了数值预测,与试验结果的对比表明,所用数值方法可以准确地计算大型船舶的波浪载荷.

实际海浪环境中大尺度自航船模的水弹性与耐波性试验研究（英文）

目的:为研究船舶在实际海浪环境中的水弹性与耐波性,本文提出一种新型模型试验技术。将相同船型不同尺度的模型分别在近海环境和水池环境中测量的试验数据进行比较,分析两种试验方法所得结果的差异,以说明水池模型试验方法所存在的问题,从而进一步证明新型试验技术的优越性。创新点:1.提出大尺度自航模型在实际海浪环境中实施水动力试验的技术和方法;2.将大尺度模型试验结果与传统水池模型试验结果进行比较,分析二者的差异。方法:针对某母型船,分别建造缩尺比为1:25和1:50的大尺度模型和小尺度模型。大尺度模型在自然海域的三维海浪中进行试验测量,而小尺度模型在水池长峰不规则波中进行试验测量。测量过程中保证两者的控制参数相似,并分析试验结果存在的差异。将数值计算的结果与大尺度模型试验的结果进行比较,并基于数值计算分析海浪的方向分布函数对结果的影响。结论:在近海海域中开展的大尺度模型耐波性与波浪载荷试验表明,本文提出的试验测试系统和试验方案是可行的。大尺度模型试验是在自然海浪环境中进行的,比水池环境更接近实船的实际航行环境,所得数据对于船舶设计和研发具有更高的参考价值和意义。