船舶首部结构入水砰击过程研究.pdf

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1、第39卷第1期舰船科学技术Vol.39,No.12017年1月SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYJan.,2017船舶首部结构入水砰击过程研究谢仁杰，董能超，王珂(江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏镇江212003)摘要:对刚性船舶首部结构砰击过程进行仿真研究，分析砰击过程中的液面变化，以及船舶首部结构砰击压力与入水速度、结构曲率的关系。研究弹塑性首部结构入水砰击问题。针对弹塑性首部结构入水砰击过程中各个构件上的应力、变形、吸能等参数进行动态响应分析，对优化船舶首部结构形式和保证结构安全性具有十分重要的研究意

2、义。关键词：艏部结构；砰击压力；动态响应中图分类号：U661.7文献标识码：A文章编号：1672–7619(2017)01–0021–05doi：10.3404/j.issn.1672–7619.2017.01.005Studyoftheslammingprocessofship'sbowstructureXIERen-jie,DONGNeng-chao,WANGKe(SchoolofNavalArchitectureandOceanEngineering,JiangsuUniversityofScienceandTechn

3、ology,Zhenjiang212003,China)Abstract:Basedonthemethodofnumericalsimulation,theslammingprocessofrigidship'sbowstructureisstudied.Thechangeofliquidlevelandtheeffectsofvelocityandcurvatureontheslammingpressurearestudied.Thedynamicre-sponsesuchasstress,deformation,ande

4、nergyabsorptionofelasticbowstructureisstudied,andithasveryimportantsigni-ficancetooptimizetheship'sbowstructureandverifythesafety.Keywords:bowstructure；slammingpressure；dynamicresponse0引言同速度下入水砰击过程；其次，对弹塑性首部结构入水砰击问题进行数值模拟研究，分析首部各个构件的砰击载荷作用下的结构安全性问题在民用和军事动态响应过程，对于优化

5、船舶首部结构形式和保证结领域都有诸多应用背景，如船舶在波浪中航行[1]、空构安全性具有十分重要的研究意义。投鱼雷入水、海上救生艇抛落及水上飞机降落着水等都属于这类问题。船舶在波浪中航行时[2]，由于船体1有限元模型和波浪之间的剧烈相对运动，不可避免地会出现砰击本文研究的船舶首部结构入水砰击过程是以整个现象。砰击现象发生最严重的区域是在与波浪发生直首部结构为研究目标，结构包括水密横舱壁、水平接冲撞的船首和船尾部，严重时会引起上述局部结构屈曲变形，目前对于实船结构入水砰击问题进行的研桁、船底纵桁、舷侧外板、各层甲板及甲板横梁等构

6、究还不是特别成熟。件。首部结构外底板厚度为13mm，肋板厚度为13mm、王珂[3]利用MSC.Dytran软件对LNG船的首部结构高度为1200mm，肋板上的加强筋为100×12mm的入水砰击过程进行了研究，探究了结构曲率变化和入扁钢，中内龙骨厚度为14mm，高度为1200mm。在水速度变化对砰击压力的影响。杨衡[4]基于双渐进法数值计算中，各层甲板、舷侧外板、横舱壁、船底龙对砰击过程中的弹性效应进行了数值模拟，研究了流骨、甲板及横梁均采用板单元，舱壁上加强筋采用梁固耦合对弹性结构动态响应的影响。单元。首部结构有限元模型如图

7、1所示。本文采用直接计算流固耦合的方法研究船舶首尾图2为首部结构砰击有限元计算模型。欧拉区域结构入水砰击响应问题，首先，研究刚性首部结构不分为2个部分：上部分欧拉区域为空气介质，采用可收稿日期:2016–06–01；修回日期:2016–07–08作者简介:谢仁杰(1993–)，男，硕士研究生，研究方向为船舶与海洋结构物设计制造。·22·舰船科学技术第39卷图1首部结构有限元模型Fig.1Modelofbowstructures图2有限元计算模型Fig.2Calculationmodel压缩理想气体本构关系的材料填充这些单元；

8、下面的图3不同时刻液面变化图Fig.3Changeofliquidlevelatdifferenttime区域为水介质，水域内的压力用多项式状态方程描述。三维流固耦合计算时间较长，因此本文在模拟三程中液面的变化情况。维模型入水砰击过程时，流场单位取模型尺寸的2～32.2曲率对砰击压力峰值的