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江海直达船船首砰击研究

孙峰  
【摘要】:江海直达船在航行时首部0.1L处也像海船一样存在严重的砰击现象。而江海直达船主要受航道限制船型呈现宽扁形,这务必会使江海直达船的砰击问题与海船有所不同。目前国内外对砰击问题的研究主要以海洋结构物为模型而对内河和江海直达船为模型的研究较少。本研究通过对三种现有的江海直达船船首结构进行入水砰击仿真计算和比较讨论,探索了江海直达船的砰击载荷,运用仿真计算,提出了抗砰击效果较好的船首形式。这对将来更好地研究江海直达船船首及其设计具有重要的意义。本文采用理论分析、试验对比和数值仿真相结合方法开展研究,主要研究和结论如下: 1.在消化、吸收和总结国内外已有的结构入水砰击的基本理论同时,重点介绍了楔形体入水砰击基本概念、数值理论的方法和钝体结构入水的线性理论及其“反问题”方法,并提出了这些方面的不足之处。 2.对江海直达船船首砰击问题中所运用的仿真计算基本理论和关键技术进行了研究,使用无反射边界条件来消除边界对砰击区域的影响;探讨了仿真模型的计算精度与网格大小的问题,分析得出江海直达船船首结构入水砰击仿真计算时较好的网格尺寸,这样有利地解决了MSC. Dytran在船舶结构入水砰击研究上的应用问题。 3.本研究在针对某三体舰主体部分的入水试验模型进行仿真分析和通过仿真结果与试验数据进行比较研究的基础上,证明用MSC. Dytran解决江海直达船船首结构入水砰击问题的有效性。 4.通过分析了三种典型的江海直达船的首部结构入水仿真结果发现:三种首形入水时,具有几种共同点:空气压缩过程、峰值变化过程、液面变化过程。及具有几种不共同点:砰击压力峰值不同、砰击压力峰值变化不同、液面变化过程不同处、砰击峰值的持续时间不同。通过对三种首形入水时的共同点和不同点的分析,可以得出西瓜首形在入水砰击时受到的砰击载荷相对其他两种首形具有一定的优势。 5.由于不同的设计特点导致不同的船首结构形式,在本研究中取现在主流设计的三种常用船首结构形式作为船首入水砰击响应的结构基础进行数值仿真计算,分析结果发现:密加筋结构的最大应力值却远小于其他结构形式;加筋板具有良好的变形吸能作用,这也说明了密加筋板结构形式的抗砰击能力视优于其他结构形式。并将这些结构形式运用到西瓜首上,再次对其进行入水砰击仿真计算,发现计算结论与平板结构的砰击响应结论是一致的,也就是说密加筋板结构作为江海直达船首形的结构形式时具有比其他结构形式更好的抗砰击能力。


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