砰击载荷作用下船首局部结构动响应分析毕业设计

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1、砰击载荷作用下船首局部结构动响应分析毕业设计目录第一章绪论11.1引言11.2国内外发展状况11.3本文主要工作2第二章砰击载荷计算方法32.1概述32.2底部砰击32.3外飘砰击52.4首砰击压力和板厚的入级规范82.5波浪砰击的周期10第三章结构动响应分析113.1概述113.2结构静力分析113.3模态分析133.4瞬态分析173.5共振现象24第四章ANASYS建模与求解264.1概述264.2理论计算26504.3建立模型304.4施加边界条件和外载并进行受力分析314.5小结48第五章结论

2、49参考文献50外文资料中文译文致谢50本科生毕业设计（论文）第一章绪论1.1引言船舶在恶劣的海况下高速航行时，由于前部船体会因频繁出水入水和上浪等原因会在船艏底部、艉部及外飘等区域发生砰击现象。强烈砰击会引起一系列严重的后果。随着大型船舶航速的不断提高和高性能船舶（滑行艇、气垫船和双体船等）的广泛应用，这个问题更加突出。国内外多起船舶损伤报告证明，砰击这种流体冲击载荷是导致船体水线面下局部结构失效、船舶破损的主要原因。因此在高速船舶的设计中，砰击载荷作为主要载荷，应把校核船舶结构在该载荷作用下的强度

3、作为船舶设计安全标准之一[1]。船舶在航行中受到水的砰击力的作用，这种砰击压力持续的时间通常很短，但量值有时会很大。它轻者造成船体疲劳和局部结构变形，重则会引起结构的失效和崩溃而导致灾难性后果。因此，研究物体入水所产生的砰击压力及其特性对于确定结构的设计载荷和保证结构的安全性具有十分重要的意义。根据发生砰击的位置划分，可分为底部砰击、外飘砰击、甲板上浪3种类型。船舶大幅运动时，船底会露出水面，当它重新入水时，会与波浪产生猛烈的冲击，这种现象即为底部砰击。船舶在运动的过程中，当波浪冲击首部外飘区域时，也

4、往往会产生相当大的脉冲水动力，使船体加速度发生突变，这种现象成为外飘砰击。甲板上浪是指船舶在汹涛中航行，波浪超过干舷涌上甲板时出现的现象。1.2国内外发展状况最早将二维水动力冲击问题作简化处理的是VonKarman。他提出的砰击计算方法是一种经典的方法。起源于水上飞机起降时的浮体底部砰击力研究。主要适用于二维楔形体等速拍击静水面的情况[2]。与试验相比，结果一般偏大。Wagner的贡献是发展了Von-Karman的线性理论[3]，考虑了物体表面处存在水面隆起的效应，修正了这一理论。二十世纪七十年代末英

5、国Bishop，Price[4]等提出的船体载荷与运动的统一计算的理论亦称二维船舶水弹理论，通过干模态叠加的方法，给出了一种二维求解方法。这一理论与方法为船舶动置于规则波上的载荷估算奠定了基础，理论计算的结果与实验室测得结果的比较吻合，说明了该莅临基本反映了实际情况，取得了比较令人满意结果。Ochi-Motter基于实船和模型试验统计结果提出了半经验的砰击力估算方法。可以计算不规则波中的砰击力响应，但压力分布是假定的，航向的考虑欠佳。二十世纪九十年代，随着计算机能力的开发，水动力学的数值计算获得了发展

6、，开始广泛应用于科研呵工程之中。其中比较典型的是，Zhao和Faltinsen[5]50本科生毕业设计（论文）由数值计算方法来求解二维任意剖面的入水冲击问题。Zhao等提出的水动砰击理论适用于任意的二维剖面形状，但斜倾角不得小于5º。近几年被许多学者广泛应用于各类砰击问题研究。同时，我国学者卢炽华等同样由理论计算研究了二维对称物体的入水冲击问题[6]。在完全非线性自由表面的条件下，运用线性单元的边界积分方法，掌握了二维剖面的入水冲击过程。将楔形体计算结果与Zhao和Faltinsen计算的作了比较，验

7、证了方法的稳定性和可靠性。本课题针对船首局部结构开展在砰击载荷作用的动力响应分析研究。研究这一问题，必须要具有一定的振动理论的基础知识。近年来，船体振动这一门学科在国内外得到了迅速的发展。自从迁移矩阵法用于计算船体总振动以来，短短几年已发展为有限元法、模态综合法、杂交子结构法等作为实船和模型的计算方法，同时工程上适用的近似计算方法和公式也得到不断的发展和完善。在实验技术方面，由于电子计算技术的发展，激振、测试记录和分析等实验手段日益更新，利用实验模型的模态分析方法也已开始再船体振动领域应用。本文主要是

8、利用ANSYS有限元软件进行静力和动力学分析。1.3本文主要工作本文主要工作包含以下三个方面：1.对波浪砰击压力发生的条件和计算方法进行论述。2.对板和板架进行静力分析和动力学分析。主要包括板和板架的位移、应力、固有频率和强度校核。3.运用ANSYS有限元分析软件，结合板的要求，依据有关的理论和规范建立模型，对其受力加载，并进行静力分析、动力学分析和校核。50本科生毕业设计（论文）第二章砰击载荷计算方法2.1概述船舶在波浪中航行时，波浪与船体之间发生的冲