FPSO在波浪中的底部砰击载荷研究

摘要

当前船舶底部砰击荷载的理论模型是二维楔形或三维锥体以恒定的速度进入初始静止水面，采用边界元方法求解。由于边界元求解方法受限于研究领域，且程序的通用性差，因而不能广泛地应用于工程领域。 本文提出了一种适用于浮式生产储油船(FPSO)的底部砰击荷载的计算方法。这种方法包含三部分内容：采用三维频域边界元法计算FPSO在波浪上的频域运动响应；采用时频转换法得到FPSO船体剖面与波面的垂向相对运动的时间历程，和确定砰击发生的时刻和砰击时船体入水的速度；采用计算流体力学方法(CFD)建立二维入水模型，直接剖面计算压力分布和垂向力。 数值计算结果表明，FPSO在压载斜浪入射状态下，相对运动的幅值和出水后的入水的速度幅值最大，最易发生砰击。砰击最大压力和发生砰击的船剖面的几何形状有很大的关系。其中底部平底半宽对砰击压力系数有重要的影响，特别对于类似于FPSO的大平底肥大型工程船影响尤为显著。本文以无因次化平底半宽为自变量得到估算砰击压力系数的回归公式，以供工程设计应用。 此方法可简便快速地用于预报FPSO在其工作海域下不同工况下的底部砰击载荷，具有工程上可接受的精度，其结果可为后续结构强度校核提供设计参数。

目录

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1.绪论

1.1.砰击及其危害

1.2.底部砰击的研究方法及发展趋势

1.2.1.规范计算法

1.2.2.试验研究与经验公式

1.2.3.理论计算法

1.2.4.各种方法的比较

1.3.本文采用的研究方法

2.船舶在波浪中的运动响应

2.1.船舶在波浪中的运动理论

2.1.1.船舶在波浪中的运动理论的综述

2.1.2.船舶运动的边值问题

2.1.3.水动力系数和运动方程

2.2.数值离散和数值解法

2.2.1.网格划分

2.2.2.边界积分方程的离散和数值求解

2.3.算例

2.3.1.圆球的算例

2.3.2.FPSO的算例

2.4.本章小结

3.船体表面与波面垂向相对运动的分析

3.1.船体底部与波面垂向相对运动的频域分析

3.1.1.线性系统概述

3.1.2.波浪输入谱的选择

3.1.3.船体底部与波面垂向相对运动的幅值响应函数

3.1.4.FPSO算例

3.2.船体底部与波面垂向相对运动的时历模拟

3.2.1.线性波浪叠加法

3.2.2.线性过滤法

3.2.3.傅里叶逆变换法

3.2.4.有理谱法

3.2.5.算例

3.3.船体底部砰击发生的条件

3.4.本章小结

4.砰击系数和砰击压力

4.1.二维剖面入水的理论描述

4.2.FLUENT的计算原理

4.3.验证算例

4.3.1.圆形剖面入水

4.3.2.楔形剖面入水

4.4.船形剖面入水

4.5.本章总结

结论与展望

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

参考文献

致谢