三维非线性波浪载荷和结构响应仿真技术在舰船设计中的应用

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1、维普资讯http://www.cqvip.com1998年第3期冒外舰船工程总第229期三维非线性波浪载荷和结构响应仿真技术在舰船设计中的应用与用线性方法得出的结果和船摸试验的结果进行对比。关键词骞洼荭茸结曲白'臣佳去蕉盎鲤韭生苴Ug文引言进行先进结构分析目前使用的有限元等结构分析工具具有强大的功能，但它们只能用于舰船在舰船设计的基本前提已经超出了现行的设计范其使用期中遭遇到的、我们已知的载荷环境。畴，并延伸到了运行领域。然而，探索一个给定的设优化舰船设计增加有效载荷的舰船设计可能计空间和确定一个新的概念极限和可行性能力，却导致其稳性、重量等指标达到临界值。

2、运用可靠性受到设计人员能利用的设计工具的限制。其结果设计方法可为优化船体结构、减小结构重量和使用是．现有设计概念的推论通常受到篇幅的限制。期内维修量提供一个严格依据。在致力于提供严格的设计评估方法工作中。美国海军一直在寻求其结构设计衡准修订目标，即从可靠性方面的靛荷和靛荷效应一个基本上是静平衡设计方法发展成在其框架中采进行可靠性分析需要制订使用期内载荷频谱或用新的以物理学为基础的可靠性方法。通过在其设概率密度函数。制订这种载荷资料的一般方法需要计衡准中采用概率方法．总体设计师可以做到：对舰船在其全寿期的船体响应进行数值模拟。由于发展新的设计概念总体设计师为致

3、力于减少目标是最终进行应力分析．故每一个方法都要包括全寿期费用和提高舰船作战使用性能．必须预计到来自载荷(水动力压力和由运动产生的惯性)和载荷与历史数据库的偏差。这不但包括小水线面双体效应的影响(船体桁的剪力和屈服弯矩、船体挠曲响船．甚至还包括单体船。在这些船上，诸如双壳体和应和局部结构应力及变形)。应用高强度钢(例如：HY和HSLA80／100)以及其正如Sikora(1983)和Dalzell(1991)以前分别论他新材料的概念可能正在起作用。可靠性方法将提述过的，研究的单元数量(每一个单元可看作以航供一个据以对新船体／结构设计概念的性能进行严速、航向和

4、海况为三个坐标轴的立方体来表征整船格评估的依据。的运行剖面，见图1)是2000～10000个单项的舰进行风险评估如果某一结构件出现失效，结船航速、航向和海况的组合。此外，由于这类模拟不构设计师应能确定失效的后果。然而，按照现行的但包括线性响应也包括非线性响应．依靠线性切片舰船结构设计衡准是无法确定这一失效概念的。如理论将不荐有效，故需要有一个多层次的设计系统．果将风险定义为失效概率乘以失效后果．则很明显．这样．总体设计师将能得出所需要的精确度等级。如不采纳概率方法．人们就不可能对一种设计概念现有的颡域程序可用来预报线性运动和载荷响应幅与另一种设计概念对比的风

5、险进行定量评估。度。然而，为精确预报非线性运动和载荷响应．以及一1一维普资讯http://www.cqvip.coml998年摹3期国外舰船工程恙纂229期由冲击诱导的冲蔼晌应，需要进行时域的模拉。一个较新的同题。有时，由于增加了高强度钢的使用，而被认为这是非故意的疲劳后果所造成的。不船舶可撮lL性示●厨^蛋社覆畀击脒冲单元确定性的程度是未知的。为了减少这些不确定性，需要更精确地计算时一一1r～lr域非线性横摇阻尼和船体湿表面积的变化，并考虑到波浪／船体相互作用的影响。这样．就需要建立一个三维非线性时域运动和载荷规程。日髓的研究工作过去十年中．计算船舶水动力

6、学的进步推出了图1舰船可操纵性立方体能力更强更糟确的船体运动和载荷顶报规程。随着作为一个额外的好处，一旦一个多层次的系统计算机技术的飞速发展，这些规程近几年得到迅速形成，总体设计师将能进行严格的设计权衡研究。应用．以致一些先进的数值计算目前可以在设计阶例如，下列各项顶报应具有分析水动力船体相互影段就可进行。由于这些技术的进步，对于预报恶劣响的能力：海况下非线性船体运动和波浪载荷的计算能力，目·多体船型动态响应前将会达到一个新的高度。·船体间的相对运动，以保障：新计算系统描述·改进的联合后勤近海作战使用·仿真设计的启动为了满足设计单位目前的需要，正在开发一种然

7、而，将三维水动力同题转换为一系列二维剖顶报船体运动、波浪载荷和结构响应的新的计算系面问题的切片理论．并非总能正确地估计多体船之统。图2示出了该系统的主要组成部分：(1)船体运间的相互影响。因此．就需要有一种更高屡次的分动和波浪载荷；(2)冲击载荷；(3)结构响应。该系统析工具。的输入数据为：船体几何参数、质量特性、结构特性值、运行状态和海洋环境。输出数据为：船体运动、日髓的番求波浪载荷、压力分布，以及包括冲蔼在内的结构响由于所需要计算的数目，所有层次的水动力载应。荷预报技术将用于进行所需要的计算是可以预计的。现有的工具能给常规单体船提供一般波浪诱导载荷的精确

8、预报，并能提供与波浪和冲击诱导冲荡组合有关的载荷估算