有轉(zhuǎn)角三維結(jié)構(gòu)物入水砰擊數(shù)值模擬研究.pdf

1、有轉(zhuǎn)角有轉(zhuǎn)角三維結(jié)構(gòu)物入水砰擊數(shù)值模擬研究三維結(jié)構(gòu)物入水砰擊數(shù)值模擬研究NumericalSimulationofSlammingInducedLoadsonThreeDimensionalStructureswithVariousAngles學(xué)科專業(yè)：船舶與海洋工程研究生：張躍指導(dǎo)教師：駱寒冰副教授企業(yè)導(dǎo)師：李懷亮高級工程師天津大學(xué)建筑工程學(xué)院二零一六年十二月I摘要摘要船舶在惡劣海況中航行時，船首會因為頻繁出入水情況受到水動力沖擊作用

2、，產(chǎn)生的砰擊載荷作用于局部結(jié)構(gòu)，引起局部結(jié)構(gòu)的變形，嚴(yán)重時會導(dǎo)致局部結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞，隨后傳至整個船體，對整個船體結(jié)構(gòu)造成很大威脅。船舶在斜浪中航行時，由于橫搖運動，會使得船首在下落入水時帶偏轉(zhuǎn)角度，發(fā)生砰擊作用時的船首斜升角變小，艏部受到的砰擊載荷可能會比頂浪航行時垂直下落入水砰擊更加嚴(yán)重，合理預(yù)報船舶在斜浪中航行時帶轉(zhuǎn)角的下落砰擊，對船體整體結(jié)構(gòu)與航行安全有重要意義。針對結(jié)構(gòu)物帶角度的垂向入水問題，國內(nèi)外學(xué)者大都以二維剖面模型研究為主，

3、對由結(jié)構(gòu)物三維效應(yīng)產(chǎn)生影響考慮較少，三維方向的射流對砰擊壓力有很大作用，有必要對結(jié)構(gòu)三維方向的壓力分布作詳細(xì)的研究。本文綜合多位研究人員的學(xué)術(shù)成果，對船首模型進(jìn)行簡化，沿縱向?qū)⒍S剖面模型拉伸成為三維結(jié)構(gòu)物，使用CFD軟件配合動網(wǎng)格等技術(shù)對楔形體砰擊試驗與轉(zhuǎn)角度艏外飄模型的下落試驗展開研究，計算得到下落過程中垂向加速度，砰擊壓力的時域變化，并對砰擊壓力沿結(jié)構(gòu)物橫剖面濕表面、沿三維縱向的分布情況及下落過程中產(chǎn)生的二次沖擊等現(xiàn)象做了詳細(xì)的論

4、述。數(shù)值模擬結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)吻合良好，驗證了CFD技術(shù)在預(yù)報有轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)物下落時砰擊壓力載荷方面的可行性，展現(xiàn)了CFD技術(shù)的高效性能。文章首先從幾何模型較為簡單的楔形體轉(zhuǎn)角試驗入手，進(jìn)而分析幾何外形復(fù)雜的外飄型船首模型。研究了不同轉(zhuǎn)角（入水斜升角）對砰擊壓力載荷的影響，不同下落高度（入水速度）對砰擊壓力載荷的影響，并用VOF技術(shù)對砰擊壓力沿橫剖面濕表面的分布情況做了細(xì)致研究，著重分析討論砰擊壓力在三維縱向的變化。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，研究