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《江苏科技大学》 2010年
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液舱晃荡与弹性防晃结构的相互耦合作用研究

侯玲  
【摘要】: 目前,为了提高载液船舶设计水平和海上航运安全性,迫切需要建立一套考虑船体运动、液体晃荡和液舱结构动变形三者相互耦合作用的、能够有效预报载液船舶运动与载荷的完整的数学模型和理论分析方法。本文主要探讨液舱晃荡与结构变形的相互耦合分析方法,揭示液体晃荡与结构变形相互耦合的机理,为进一步研究液体晃荡与舱壁变形及船舶总体运动的相互耦合做铺垫。论文主要从以下几个方面展开: 首先,在建立液舱晃荡的数学模型的基础上,对液舱晃荡的数值计算模型做简要论述,通过数值计算并与实验数据的比较验证了数值模型的正确性,并对计算结果做进一步分析;计算分别对二维、三维以及LNG船的液舱晃荡问题进行了数值模拟; 其次,在对二维简单弹性结构做动力学分析的基础上建立了结构运动的动力学方程,选取了Newmark-β法作为求解结构运动方程的数值计算方法,并将该法编制成C语言程序; 最后,将求解结构运动的C语言程序与Fluent软件连接,用于求解结构与流体相互耦合作用下的晃荡问题。计算首先通过与Ansys软件计算结果进行比较,验证了所编C语言程序的正确性,然后将其应用到晃荡流体与弹性防晃结构的耦合求解中; 通过本文的工作主要得到了以下结论: 1、对于刚性液舱 首先,通过与试验数据的比较,证实本文所使用的数值模型是正确的;其次,通过大量的计算,对不同工况的数值计算结果的比较分析,归纳了使用Fluent计算时一些误差存在的原因为:(1)数值离散误差的存在,如舍入误差,截断误差等; (2)壁面压力的监测采用“贴片法”,压力值的准确与监测单元面或体的划分有关;(3)对于大幅晃荡,壁面所受冲击载荷较为频繁,因而监测的压力值对网格的质量要求较高; 第三,根据自己计算时积累的经验认为一般网格间距选取0.01米,时间步长取0.01s,如计算不收敛可适当减小,但不宜低于0.001s; 第四,实船液舱的晃荡问题更为复杂,还需要更深入的研究。 2、考虑结构变形的计算 首先,结合Ansys软件对所编程序进行验证,结果表明是可行的; 其次,将该方法应用到晃荡流体与弹性防晃结构的耦合研究中,具有一定的探索意义; 第三,由于防晃结构的尺寸太小对流场的改变效果不是很明显需要后续工作的进一步研究;
【学位授予单位】:江苏科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:U674.133;U661.3

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