砰击载荷作用下船首局部结构动响应分析毕业论文.doc

砰击载荷作用下船首局部结构动响应分析毕业论文 目 录 第一章 绪 论 1 1.1 引言 1 1.2 国内外发展状况 1 1.3 本文主要工作 2 第二章 砰击载荷计算方法 3 2.1 概述 3 2.2 底部砰击 3 2.3 外飘砰击 5 2.4 首砰击压力和板厚的入级规范 8 2.5 波浪砰击的周期 10 第三章 结构动响应分析 11 3.1 概述 11 3.2 结构静力分析 11 3.3 模态分析 13 3.4 瞬态分析 17 3.5 共振现象 24 第四章 ANASYS建模与求解 26 4.1 概述 26 4.2 理论计算 26 4.3 建立模型 30 4.4 施加边界条件和外载并进行受力分析 31 4.5 小结 48 第五章 结 论 49 参考文献 50 外文资料 中文译文 致 谢 第一章 绪 论 1.1 引言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撞现象称为砰击。根据船体被冲撞位置的不同，砰击一般可分为底部砰击、外飘砰击和甲板上浪三种类型。 船舶在大幅运动时，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。在砰击瞬时，底部受到巨大的冲击力，船体的垂向加速度会突然改变，并且紧随着出现高频振动。 船舶在运动的过程中，当波浪冲击首部外飘区域时，也往往会产生相当大的脉冲水动力，使船体加速度发生突变，这种现象称为外飘砰击。与底部砰击相比，一般来说，外飘砰击引起的压力较小，作用的表面积较大，砰击过程的持续时间要长得多，外飘砰击受许多因素的影响，诸如海浪特性、船舶运动、首部形状等，彼此牵制，相当复杂。对一些较大首部外飘的船舶，如航空母舰、驱逐舰、集装箱船等，必须考虑这种砰击的威胁。 甲板上浪是指船舶在汹涌中航行，波浪超过干舷涌上甲板时出现的现象。对于航行在汹涌中的高速舰艇、满载货船、浮式生产储油系统以及具有“斜屋顶”上层建筑的隐身舰艇，这种现象会经常发生。大量海水冲上甲板，能够破坏甲板上的设备，损伤甲板室及舷墙结构，冲走紧固在甲板上的货物，并影响人员在甲板上的正常工作[7](本文不介绍甲板上浪计算公式)。 2.2 底部砰击 2.2.1 发生底部砰击的条件 底部出水是繁盛底部砰击的必要条件。不管海情、航速、航向角和装载情况如何，船底不出水，就从不出现底部砰击。然而，它并不是底部砰击的充分条件。试验表明，当船回落拍打水面时，只有垂向相对速度超过了某个“临界速度”或“阈速度”，才产生可计量的砰击压力或明显的加速度突变。习惯上，常把产生可计算的压力定义为砰击发生。因此，临界速度就是发生砰击的最小相对速度。 对于临界速度的概念，可以这样粗略地理解：因为大量的试验证实了砰击压力近似正比与相对速度的平方，所以，若使底部击水时产生明显的压力，必须要求相对速度适当的大。 Ochi通过对模型试验结果的分析，建议对158.5m的船，临界速度取为3.66m/s，船长改变时按傅汝德定律换算，即 （2-1） 式中，L——船长； g——重力加速度。 需要指出的是，如果砰击的出现不是按产生可计量的压力来定义，则其对应的临界速度值自然也就不同。 如图2-1，空间固定坐标O－XYZ、随船平动坐标系o-xyz及固连船体坐标系的规定，设纵摇角为，垂荡位移为，波面坐标为，那么，在剖面处，船与波浪的相对位移将是 （2-2） 砰击的发生，涉及的是船舶与波浪在空间的相对位置。因此，这时的垂向相对速度，应等于上式在平动坐标系o-xyz下对时间求导 （2-3） 记剖面的静吃水为，注意到发生砰击时相对速度是负的，则该剖面发生底部砰击条件的数学表达式为 （2-4） 图2-1 船在波浪中的纵摇 2.2.2 底部砰击时的水动压力 底部砰击研究中最基本的问题之一，是寻求压力、船型及速度三者之间的关系。许多学者通过理论和试验的探讨。给出了最大压力的表达式为 （2-5） 其中，砰压力——无因次的值； ——砰击瞬时垂向相对速度； ——水的密度的试验值，可利用Ochi和Motter在分析船模适航性试验资料的基础上提出的下述回归方程[8]。