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。

黏弹性板水弹性响应的非线性分析

通过将超大型浮式结构物(a very large floating structure,简称VLFS)模拟为黏弹性薄板,本工作对VLFS的非线性水弹性响应进行了解析研究。运用同伦分析方法(the homotopy analysis method,简称HAM),计算出速度势和板挠度的近似迭代解,并根据计算结果着重探究了几个重要的物理参数对黏弹性板形变的影响。结果发现:黏弹性板的挠度随着黏弹性时间、杨氏模量和板厚度增加而减少,而板挠度随着入射波波幅的增加而增加。最后,还对非线性色散关系和波幅之间的联系进行了探讨。

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。

非线性砰击载荷对某大外飘型船舶疲劳损伤的影响

[目的]常规疲劳损伤谱分析法只考虑了线性波浪载荷对疲劳寿命的影响,对于大外飘型船舶,如何考虑非线性砰击载荷的影响成为疲劳损伤计算的难点。[方法]首先,采用非线性时域方法计算船体总弯矩的时历分布;然后,结合雨流计数法,统计出船体节点在非线性砰击载荷下的疲劳应力范围分布,进而得到船体节点考虑非线性砰击载荷影响的疲劳损伤;最后,将其与线性波浪载荷产生的疲劳损伤予以对比,计算非线性砰击弯矩对某大外飘型船舶疲劳总损伤的放大系数。[结果]经计算,考虑砰击载荷后,疲劳损伤放大约40%。[结论]采用该计算方法对具有严重砰击载荷的船舶进行疲劳损伤计算具有实际参考意义。

宽扁肥大船型波激振动响应研究

宽扁肥大船型由于其较“柔”的结构特性极易引起高频持续的波激振动响应,同时显著提高了应力幅值水平及循环次数,极大影响了船体结构安全性与可靠性。采用非线性水弹性时域计算方法以及模型试验方法对某艘宽扁肥大船型的波激振动响应特性进行分析;验证了该理论预报方法的有效性及可靠性,并讨论了其高阶波激振动响应对总载荷水平的贡献程度,表明在某些遭遇频率下其波激振动响应较大。在宽扁肥大船结构设计及审核阶段,必须考虑其波激振动成分的影响。

长首楼型船的波浪诱导弯矩研究

主要研究航行于恶劣海况下,后端壁在船中0.4L范围内的长首楼型船所受的波浪载荷特性。通过对分段龙骨梁船模进行波浪载荷试验测试,结合在时域内基于三维非线性水弹性理论对此船进行数值预报,综合研究长首楼型船所受的波浪载荷特性。研究发现在航速较高、海况较为恶劣时,长首楼型船所受的砰击颤振弯矩显著,甚至在数值上超过了低频波浪弯矩幅值。这对长首楼型船首尾甲板过渡处较弱剖面结构的安全性危胁较大,需要在结构强度评估和设计中给予重视。

Analytic approximation to nonlinear hydroelastic waves traveling in a thin elastic plate floating on a fluid

An analytic approximation method known as the homotopy analysis method(HAM)is applied to study the nonlinear hydroelastic progressive waves traveling in an infinite elastic plate such as an ice sheet or a very large floating structure(VLFS)on the surface of deep water.A convergent analytical series solution for the plate deflection is derived by choosing the optimal convergencecontrol parameter.Based on the analytical solution the efects of diferent parameters are considered.We find that the plate deflection becomes lower with an increasing Young’s modulus of the plate.The displacement tends to be flattened at the crest and be sharpened at the trough as the thickness of the plate increases,and the larger density of the plate also causes analogous results.Furthermore,it is shown that the hydroelastic response of the plate is greatly afected by the high-amplitude incident wave.The results obtained can help enrich our understanding of the nonlinear hydroelastic response of an ice sheet or a VLFS on the water surface.