基于MPS方法的液艙晃蕩數(shù)值模擬與分析.pdf

1、液艙晃蕩是指在外部激勵(lì)作用下部分裝載的液艙內(nèi)液體所產(chǎn)生的波動(dòng)現(xiàn)象。劇烈的晃蕩會(huì)產(chǎn)生巨大的抨擊壓力，造成艙壁結(jié)構(gòu)的變形和破壞，同時(shí)晃蕩產(chǎn)生的力矩還會(huì)影響液貨船的穩(wěn)性，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致船舶的傾覆?；问庉d荷已經(jīng)成為大型載液貨船安全性評(píng)估的重要內(nèi)容之一，因此開展液艙晃蕩的研究工作具有非常重要的工程價(jià)值。
　　本文基于萬德成教授課題組自主開發(fā)的無網(wǎng)格粒子法求解器MLParticle-SJTU，從激勵(lì)頻率、裝載高度、隔板對(duì)晃蕩的影響及多自由度耦合

2、激勵(lì)下的液艙晃蕩等方面對(duì)晃蕩問題做了系統(tǒng)地分析和研究。本論文的主要工作如下：
　　一、不同裝載高度下，激勵(lì)頻率（周期）對(duì)液艙晃蕩產(chǎn)生的影響首先，基于淺水和危險(xiǎn)水深兩種裝載高度下的二維矩形液艙，分析了橫搖激勵(lì)周期對(duì)液艙晃蕩產(chǎn)生的影響，得到了兩種裝載高度下的共振周期。然后對(duì)三維薄膜型液艙在單自由度橫搖和縱搖激勵(lì)下的晃蕩問題進(jìn)行數(shù)值模擬，并分析了不同激勵(lì)形式下裝載高度和激勵(lì)頻率對(duì)晃蕩抨擊壓力的影響。最后，基于淺水工況下的矩形液艙，對(duì)一系

3、列橫搖激勵(lì)頻率下的液艙晃蕩進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了晃蕩力矩隨激勵(lì)頻率的變化規(guī)律。結(jié)果表明，激勵(lì)頻率（周期）對(duì)晃蕩產(chǎn)生的拍擊壓力和力矩影響較大；當(dāng)激勵(lì)頻率在一階固有頻率附近時(shí)，晃蕩幅度最大。
　　二、不同型式隔板的減晃作用和減晃機(jī)理
　　首先，對(duì)帶有垂直隔板和對(duì)稱水平隔板的二維矩形液艙在橫蕩激勵(lì)下的晃蕩問題進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了隔板的尺寸和位置對(duì)減晃效果的影響。計(jì)算結(jié)果表明，兩種型式的隔板均能有效地抑制晃蕩幅度，且隨著隔板尺寸增

4、大和設(shè)置高度增加，減晃作用越明顯。之后，對(duì)帶有不同型式隔板的三維液艙晃蕩問題進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，并分析了隔板的減晃機(jī)理。結(jié)果表明，隔板可以阻礙流體的對(duì)流運(yùn)動(dòng)，隔板末端周圍的渦結(jié)構(gòu)和劇烈的水流碰撞可以大幅減小流體的動(dòng)能，同時(shí)隔板也會(huì)改變整個(gè)系統(tǒng)的共振頻率。
　　三、多自由度耦合激勵(lì)下的液艙晃蕩問題
　　首先，對(duì)二維矩形液艙在縱搖和縱蕩耦合激勵(lì)下，兩激勵(lì)運(yùn)動(dòng)的相位差對(duì)液艙晃蕩的影響進(jìn)行了分析。然后將多自由度耦合激勵(lì)的液艙晃蕩擴(kuò)展到三