FPSO底部砰击荷载预报直接算法的研究

摘要

当前船舶底部砰击荷载的理论研究大多根据二维楔形或三维物体以常速撞击静止水面的理论模型，采用边界元方法求解。这种计算方法不能真实地反映出船舶在所处海域的实际运动情况。针对这一局限，戴仰山将预报船体运动的切片理论和Ochi底部砰击试验所提出的经验公式相结合在时域中计算某一给定波列作用于船体产生的底部砰击荷载和砰击弯矩。王葛采用直接计算法，将三维船体运动理论和砰击模型的理论计算相结合，考虑了环境因素，利用一系列工程软件对FPSO首部区域砰击荷载进行了计算。 本文提出了一种适用于FPSO底部砰击荷载的简化直接计算法。由于FPSO船型的特殊性，采用三维频域GREEN函数法计算船体运动；采用频时转换将用频域GREEN函数法计算的船体剖面与波面的垂向相对运动谱变换到时域中，实现对底部砰击的发生和砰击荷载数量值的时域预报。在砰击荷载的计算中，采用Ochi底部砰击试验所提出的经验公式。 此方法可简便快速地用于预报FPSO在其工作海域下的底部砰击荷载的发生频率和数量值，具有工程上可接受的精度，其结果可作为FPSO由于砰击引起的底部板壳疲劳分析的基础。

目录

文摘

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1绪论

1.1底部砰击及其危害

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频域法预报船舶在规则波中运动和荷载

2.1船体在波浪上运动的理论研究方法综述

2.1.1切片理论

2.1.2高速细长体理论

2.1.3三维水动力理论

2.2二维频域法预报船体运动的基本原理

2.2.1坐标系的选取及物理量的描述

2.2.2船舶周围流场速度势描述

2.2.3非定常扰动势的定解条件

2.2.4二维辐射势及水动力系数的求解

2.2.5作用在船体上的流体荷载

2.2.6运动微分方程的建立和求解

2.3三维源汇分布法计算船体的运动

2.3.1问题描绘

2.3.2速度势分解及物面条件表达

2.3.3边值问题

2.3.4格林函数的选取

2.3.5边界元法

2.3.6船体运动响应

2.4算例

2.5本章小结

3船体底部砰击运动和压力的概率预报

3.1海浪描述

3.1.1海浪的定点观测模型

3.1.2海浪谱

3.2船体底部与波面垂向相对运动的谱分析法

3.2.1谱分析法概述

3.2.2计算船体底部与波面垂向相对运动的幅值响应算子

3.2.3不规则波中船体底部与波面垂向相对运动的频域预报

3.3底部砰击运动的概率预报

3.4底部砰击压力的短期预报

3.4.1短期砰击压力的概率分布及特征值

3.4.2短期砰击压力极值的概率预报

3.5底部砰击压力的长期预报

3.5.1长期砰击压力的概率分布

3.5.2长期砰击压力极值的概率预报

3.6算例

3.7本章小结

4不规则波中船体与波面垂向相对运动的时域分析

4.1船体底部砰击发生的条件

4.2波浪谱的时历模拟

4.2.1线性波浪叠加法

4.2.2线性过滤法

4.2.3傅里叶逆变换法

4.2.4有理谱法

4.3船体与波面垂向相对运动谱的数值模拟

4.4某一确定波列下船体与波面垂向相对运动的时历计算

4.5算例

4.6本章小结

5砰击系数和砰击压力

5.1 Ochi经验公式中砰击系数k的确定

5.1.1砰击系数的研究方法概述

5.1.2三参数保角变换法计算砰击系数的原理

5.1.3船底部型线对砰击系数的影响

5.2底部砰击压力的分布

5.2.1砰击压力随时间的分布

5.2.2砰击压力在底部剖面上的空间分布

5.3算例

5.4本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢