计及弹性支撑效应的独立液舱晃荡数值分析研究

摘要

随着世界经济对能源需求量的增长以及人们对环保的重视，液化天然气(LNG)作为绿色高效能源得到了快速发展，LNG液舱作为LNG运输和储存的装置也逐步向大型化发展。独立液舱的支撑结构相对于刚性液舱边界而言属于弹性体结构，其晃荡问题是考虑弹性支撑结构作用与液舱内流体冲击作用相互耦合的动力学问题。
　　针对弹性支撑结构作用下液舱晃荡问题，本文在研究中引入基于Hilber-Hughes-Taylor格式的隐式直接积分法求解液舱运动方程，运用VOF法求解流体方程，采用Youngs法进行自由表面重构，并引入部分单元参数处理棱形液舱边界，建立了液舱运动与流体晃荡双向耦合迭代算法。将本文的算法应用于具有相同分析原理的调谐液体阻尼器试验模型，通过数值计算结果与试验结果的对比验证了本文算法处理一般运动与晃荡耦合动力学问题的适用性。通过耦合计算一般弹性支撑液舱晃荡问题，并与非弹性支撑液舱晃荡进行比较，分析了在不同刚度的弹性支撑结构作用下液舱液体运动及晃荡载荷的变化规律。最后，本文对某独立B型棱形液舱晃荡进行实船计算，分析了液舱在低装载、中等装载和高装载情况下液舱晃荡载荷的特点，得到计及弹性支撑效应的液舱晃荡载荷会略大于不计及弹性支撑效应的液舱晃荡载荷的结论。
　　本文建立的分析方法为含弹性支撑的独立液舱晃荡载荷预报提供了一种快速、有效的分析手段。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究进展

1.3 本文主要工作

第二章 弹性支撑下液舱晃荡计算方法

2.1 引言

2.2 控制方程的建立

2.3 液舱运动方程离散方法

2.4 流体控制方程离散方法

2.5 液舱运动与流体晃荡耦合计算

2.6 本章小结

第三章 数值方法的试验验证

3.1 引言

3.2 数学模型

3.3 试验与数值计算对比分析

3.4 本章小结

第四章 计及弹性支撑效应独立液舱晃荡分析

4.1 引言

4.2 物理模型

4.3 弹性效应对液舱运动的影响

4.4 弹性效应对晃荡液面和载荷的影响

4.5 小结

第五章 独立B型棱形液舱晃荡实船分析

5.1 引言

5.2 物理模型

5.3 船舶运动参数与液体晃荡固有周期

5.4 独立B型棱形液舱耦合计算

5.5 小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

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