超大型集装箱船非线性波浪载荷计算方法研究

摘要

随着国际航运业的发展以及节能减排要求的不断提高，超大型集装箱船因其载货量大、单箱运输成本和碳排放量低等优点，受到越来越多的关注。由于超大型集装箱船船艏外飘较大，在波浪中大幅运动时可能发生艏部砰击，造成此类船型的波浪载荷具有明显的非线性特征。本文充分考虑砰击等各种非线性因素的影响，采用边界元法开发了计算二维剖面砰击压力的数值算法，并将该方法与三维时域非线性水弹性理论结合，提出一种改进的超大型集装箱船非线性波浪载荷的计算方法。本文主要研究内容如下:
　　1、研究了二维物体入水冲击的理论计算方法，包括冯卡门理论和瓦格纳理论，分析了两种方法的局限性和适用性，并最终确定以瓦格纳方法作为边界元法计算砰击压力的启动条件。
　　2、开发了基于边界元法进行二维物体入水过程模拟的数值算法，并进行附加质量和砰击压力的计算。以不同底升角的二维楔形体为例，将其入水过程的砰击压力和自由面形状分别与相关文献结果进行了对比验证，计算结果吻合良好，验证了本文方法的正确性。
　　3、将基于边界元法求解砰击压力的方法与三维水弹性理论结合，给出了计及弹性效应、物面非线性、砰击等因素的超大型集装箱船波浪载荷的三维时域非线性水弹性计算方法。
　　4、以某10000TEU超大型集装箱船为例，计算了该船体在规则波和不规则波下的运动和非线性波浪载荷，并将计算结果与线性方法计算结果进行对比分析。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究目的及意义

1．2 船体非线性载荷计算方法研究进展

1．3 砰击压力计算方法研究进展

1．3．1 二维入水冲击研究进展

1．3．2 边界元法研究进展

1．3．3 外飘砰击研究进展

1．4 本文主要研究内容

第2章 船体砰击载荷的二维理论计算方法

2．1 概述

2．2 冯卡门理论

2．3 瓦格纳理论

2．4 边界元法启动条件

2．5 本章小结

第3章 砰击载荷计算的边界元方法

3．1 概述

3．2 边界元方法

3．2．1 边界元初始化

3．2．2 边界条件

3．2．3 边界元的离散

3．2．4 射流截断

3．2．5 网格光顺及再划分

3．2．6 时间步进

3．2．7 附加质量及砰击压力的计算

3．3 数值验证

3．4 本章小结

第4章 船体运动与载荷的时域非线性分析方法

4．1 概述

4．2 三维时域非线性水弹性方法

4．2．1 速度势的求解

4．2．2 时域非线性水弹性运动方程

4．2．3 船体非线性流体载荷

4．2．4 砰击发生的条件

4．3 船体运动与砰击载荷的耦合分析方法

4．4 本章小结

第5章 超大型集装箱船非线性载荷计算

5．1 概述

5．2 船体参数信息及计算工况

5．2．1 船体参数信息

5．2．2 计算工况的确定

5．3 船体非线性运动与载荷响应

5．3．1 规则波下的响应研究

5．3．2 不规则波下的响应研究

5．4 船体砰击压力预报

5．5 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