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基于流固耦合方法的船体结构振动数值模拟研究

于刚  
【摘要】:自内燃机成为动力装置、以螺旋桨为推进器的钢质船舶问世以来,船体振动一直是一个严重的问题。尤其在近代,随着船舶大型化、快速化方向发展以及船体结构的日益减轻,船体振动问题愈来愈显得突出。分析船体振动问题时,必须考虑流体与结构的相互作用,这将涉及到流体力学与结构力学理论和计算知识。目前船体与流体的耦合问题已成为船舶与海洋工程中的研究热点。 本文借助流体力学软件计算FLUENT和结构有限元分析软件ANSYS,针对处于水中运动的船舶,通过选取合适的计算条件,对船体结构总振动进行流固耦合数值模拟计算。其中,流场分析部分对带自由液面的船体周围三维粘性流场进行了数值模拟,并讨论了计算结果的有效性,为流固耦合振动分析提供了精确的流体载荷。 在对流固耦合原理和数值模拟方法详细分析的基础上,研究了FLUENT和ANSYS之间的耦合数据传递问题。在进行船体振动分析时,分别采用考虑附连水质量影响的刘易斯公式法和流固耦合法进行计算,通过比较验证了本文流固耦合法的可靠性。同时,本文对某复杂集装箱船体水下运动时的船体振动固有频率进行求解,为解决复杂船体流固耦合问题以及带自由液面情况下的耦合问题提供了有效的分析方法,为船舶设计和优化提供一定的参考价值。


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