三维轴对称体砰击载荷的数值与仿真研究

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1、工学硕士学位论文三维轴对称体砰击载荷的数值与仿真研究硕士研究生：赵九龙指导教师：闫发锁讲师学科、专业：船舶与海洋结构物设计制造论文主审人：张阿漫教授哈尔滨工程大学2014年1月工学硕士学位论文三维轴对称体砰击载荷的数值与仿真研究硕士研究生：赵九龙指导教师：闫发锁讲师学位级别：工学硕士学科、专业：船舶与海洋结构物设计制造所在单位：船舶工程学院论文提交日期：2014年1月论文答辩日期：2014年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngNumericaland

2、SimulationStudiesofSlammingLoadfor3DAxisymmetricGeometriesCandidate:ZhaoJiulongSupervisor:LecturerYanFasuoAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:DesignandConstructionofNavalArchitectureandOceanStructureDateofSubmission:Janury2014DateofOralExamination:March2014Univ

3、ersity:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的

4、知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日摘要近年来，随着海洋工业的发展，人们逐步意识到砰

5、击在工程实际中的危害性，尤其对作用于恶劣海况下的大型海洋工程装备之考验更加严峻。结构与海浪发生碰撞，结构受到巨大的瞬态冲击力，容易造成结构本身的直接破坏或者长时间作用下的疲劳。因此，研究结构遭受的砰击载荷对于海工结构物设计具有重要意义。本文的中心内容是研究基于三维边界元方法的砰击理论算法及其在砰击载荷计算中的应用。数值方面的研究从三维力学模型出发，基于三维边界元方法，继承Wagner自由液面抬升理论，引入了“浸深因子”Cw以确定自由液面抬升的高度，在这一高度处建立新的自由液面并称之为“等效自由液面”。算法中考虑到网格运动，对入水过程中每一时间步时刻对应

6、的网格编号、节点坐标等进行追踪计算，由此得出网格与等效自由液面的位置关系，进一步可精确追踪到每一时间步时刻对应的湿网格数据，同时对等效自由液面附近的网格根据实际情况进行截断重生，以确保水下湿面积的精确；通过时间步的循环计算，最终可得到入水结构的表面“压力”和总体“受力”两种载荷时历；为了验证该算法程序的正确性及适用性，文中分别用之对Nisewanger、Alaoui轴对称刚体定常速入水试验进行了数值模拟。为了拓宽该算法程序的适用性，使其不仅可以用于三维结构物入水过程中的砰击载荷计算，而且同时能够适用于结构物浸水之后的砰击时段（结构的最高点低于等效自由液

7、面），本文通过设计边界元模型的方法对该问题提出了解决思路。考虑到工程实际中结构形式、运动形式丰富多样，所以在文章的最后引入了Ls-dyna这一显式有限元分析程序，分别基于二维、三维力学模型仿真了Faltinsen楔形体入水试验与Nisewanger圆球入水试验，对其在砰击仿真计算中的适用性进行考量。关键字：轴对称体；砰击载荷；液面升高；网格截断；仿真分析AbstractInrecentyears,withthedevelopmentofmarineindustrypeoplehaverecognizedthedamageofslamminginactu

8、alprojectsandstartedtopayattentiontothisproblem