浮体剖面载荷的几种计算方法.pdf

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1、第22卷第2期(总第128期)船舶2011年4月SHIP＆BOAT[船舶结构]浮体剖面载荷的几种计算方法张天宇韩荣贵李磊(烟台中集来福士海洋工程有限公司烟台264000)[关键词]剖面载荷；广义模态；半潜平台；势流理论[摘要]水中浮体的剖面载荷计算对于总体强度分析起着至关重要的作用。利用三维势流水动力软件预报浮体的运动及受力响应，以此结果为前提条件，采用三种不同的方法(压力积分法、多体法和广义模态法)。计算浮体的剖面载荷：最后以一个半潜平台结构为算例，并得到三种方法的相互验证。[中图分类号]U661．1[文献标志码]A[文章编号]1001—9855(2

2、011)02—0038—05ComputingmethodsforcrosssectionloadsoffloatingbodiesZhangTian—vuHanRong—guiLiLeiKeywords：crosssectionloads；generalizedmodes：semi—submarineplatform；potentialflowtheoryAbstract：Thecalculationofthecrosssectionloadsoffloatingbodiesinwaterisveryimportantforglobalstrengt

3、hanalysis．Themotionsandforcesoffloatingbodiesarepredictedby3Dhydrodynamicsoftware．Basedontheresults，thecrosssectionloadsoffloatingbodiesarecomputedwiththreemethods：Pressureintegratingmethod，Multiple—bodiesanalysismethodandGeneralizedModes．Finally，thethreemethodshavebeenvalidated

4、throughthecaseofasemi—submarineplatform．要求出弹簧受力即可得到剖面载荷。第三种方法是0引言利用Newman(1993，1994)提出的广义模态法，这种方法后被T．Mathai(2000)推广．用以计算三维剖面水中浮体运动预报通常是基于三维线性势流理载荷。本文以一个半潜平台为例．利用这三种方法论的边界元方法，而以此为基础的软件目前已经比计算其剖面载荷，并进行对比分析。较成熟，如WAMIT，AQWA，SESAM，Hydrostar，这些软件能够提供刚体六个自由度的运动及受力响应。1理论公式如果想得到浮体的剖面载荷，则

5、需要对水动力计算结果进行后处理计算。通常人们求解剖面载荷采用1．1压力积分法直接压力积分的方法，但这种方法在进行后处理时这种方法是直接计算剖面载荷的方法。只要求较为繁琐，容易出错。第二种方法是把一个浮体看得整个浮体的运动及表面压力．即可通过半个浮体作是两个相对独立的浮体．这样就产生了一个多体的压力积分及惯性力求得指定剖面的载荷。系统．而两个浮体之间利用刚度较大的弹簧连接，只用两个右手坐标系，一个是大地坐标系OXYZ，[收稿日期]2010—09～27[作者简介]张天宇(1983一)，男，汉族，工程师，主要从事船舶与海洋工程水动力研究工作。韩荣贵(1982

6、一)，男，汉族，工程师，主要从事船舶与海洋工程水动力研究工作。李磊(1980一)，男，汉族，工程师，主要从事船舶与海洋工程总体性能及结构设计研究工作。38浮体剖面载荷的几种计算方法坐标原点在静水面上，X轴指向艏部，Z轴垂直静水表1常规模态形函数面向上并与浮心共线，另一个是连体坐标系oxyz。随1物体一起平动和旋转。计7=(叼，77，叼)，=(叼，叼，11叼)，，i=1，2⋯6表示浮体6个自由度的线性运动21幅值。和7分别表示大地坐标系和连体坐标系中的3l位置向量。则大地坐标系中的物体位置可表示为：4)，(t)=r+(叼r+叼月xr')e(1)50一对其

7、求两阶导数即可得到物体的加速度，则半个物体的惯性力亦可相应得到。物体的一阶受力及6-y力矩公式可表示为：物体质量矩阵可以用下式表示：=叩』f等+g(T]3"bT]4y-T]5~)_pgJ)dsSHS=JPb(7)·dV(5)(2)式中，P为物体密度，为第个模态的形函)=]D』()f警+g(r／z+r／4y)1数。浮体在大地坐标系下的静水恢复力系数可用下式得到：J7×(面xB)gzds-pJ[(7)×元]gd(3)％--pgf【[()+D]·}[()·元]dS(6)式中：为物体湿表面，P表示流体密度．g表S。示重力加速度。上面两式对半个物体求积分即可得式

8、中，Js。表示物体平均湿表面，表示5的散度。到由水动力引起的剖面载荷。扩展6个广义模态形函数，