破损船舶运动与波浪载荷的三维计算方法研究

摘要

准确的分析和预报船舶破损以后的波浪载荷，是对其剩余强度进行合理计算和评估的关键和基础。目前国内外主要针对完整船舶应用三维时域、频域理论对其在波浪中的运动与载荷进行了大量研究，国内也有学者应用切片理论对破损船舶进行研究。虽然切片理论在船舶运动与波浪载荷预报中的应用已有很长的历史。然而，该理论主要是建立在二维势流理论基础上的，忽略了实际船体的三维效应，这对于船舶运动与波浪载荷的预报精度会有一定的影响。 本文主要对破损船舶运动与波浪载荷的三维方法做了研究，其主要内容如下： 1)根据船舶静力学原理，针对不同破舱类型及进水情况对船舶静水漂浮状态的浮态和稳性特征做了研究。 2)通过对MSC.PATRAN的语言PCL进行二次开发，提出了一种实现船体三维湿表面网格自动生成的方法。为船舶运动与波浪载荷三维计算方法的实施提供了前提基础。 3)应用三维水动力理论，建立了航行于有限水深和无限水深规则波中船舶的运动方程，进而求解了船舶六自由度运动响应的稳态解，同时考虑船舶破损对计算的影响。并且在此基础上，计算了船体表面的脉动压力响应和剖面载荷响应。 4)对不同海况下破损船舶波浪载荷极值分布给出短期预报。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1论文的目的和意义

1.2船舶运动与波浪载荷理论背景和研究现状

1.2 1二维切片理论

1.2.2三维水动力理论

1.3论文主要工作简介

第2章破损船舶静水漂浮状态特性研究

2.1概述

2.2坐标系的选取及船舶浮态的描述

2.2.1坐标系选取

2.2.2船舶静水漂浮状态的描述

2.3破损船舶浮态与稳性的计算

2.3 1船舶水下部分要素的一般特征

2.3.2破损舱室的分类和计算方法

2.3 3破损舱进水后船舶浮态和稳性的变化

2.3.4舱组破损进水后船舶浮态和稳性的计算方法

2.4本章小结

第3章破损船体三维湿表面网格生成方法

3.1概述

3.2 MSC.PATRAN和PCL介绍

3.2.1 MSC.PATRAN的介绍

3 2.2 MSC.PATRAN二次开发语言PCL的介绍

3.3破损船体三维湿表面网格的生成

3.3.1船体外壳参数化建模的过程

3.3.2船体外壳网格的自动生成

3.4破损船舶湿表面网格节点坐标的获得

3.5算例分析

3.6本章小结

第4章破损船舶载荷与运动计算的三维方法

4.1非定常扰动势定解条件的建立与求解

4.1.1坐标系建立与入射波描述

4 1.2速度势的分解及其定解条件

4.1.3非定常扰动势的求解

4.2船舶在规则波中运动方程的建立与求解

4 2.1船舶在规则波中的运动方程

4.2.2船舶质量矩阵的推导

4.2.3流体静力载荷与流体静力系数

4.2.4流体动载荷

4.2.5船舶运动方程的稳态解

4.3船体表面脉动压力与剖面波浪载荷

4.3.1船体表面脉动压力

4.3.2剖面波浪载荷

4.4破损船舶运动与波浪载荷的短期预报

4.5本章小结

第5章破损船舶运动与波浪载荷计算及结果分析

5.1概述

5.2算例及结果比较分析

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢