【开题报告】80m矿砂船波浪载荷计算.pdfVIP

开题报告 船舶与海洋工程 80m矿砂船波浪载荷计算 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义： (一)国内外研究动态 船舶的波激振动是大型船舶在较低海况下可能产生的船体较大幅度的二节点振动现象, 波激振动引起的 船体垂向弯矩甚至可达到波浪弯矩的二分之一以上, 由此引起比较严重的船体结构疲劳问题, 当船舶尺度 越大时, 波激振动现象就可能越严重。 林吉如（1995）[1]对超大型油轮的波激振动的发生机理进行了实船测量和船模试验研究, 还探讨了波激 振动对超大型油船总纵强度及疲劳寿命的影响。在实船测试中，他对船中甲板应力进行谱分析和滤波后 发现该船在7至9级风的海况下确实存在波激振动现象。波激振动应力叠加到波浪诱导应力上去后会使船 体总纵弯曲应力增加 13%~17%。通过模型试验, 发现超大型油船在规则波顶浪中匀速航行时, 当波浪遭遇频率和船体二节点固 有振动频率接近时, 就会激起船体共振, 产生所谓的线性波激振动现象。一旦波浪遭遇频率稍微偏离共振 频率, 波激振动现象马上消失。因此, 他认为影响波激振动的最敏感因素是航速和航向。他还发现波激振 动产生的弯矩的无因次系数可能数倍于油船设计波浪诱导弯矩的无因次系数值, 波激振动产生的船体应 力在船中剖面附近最大, 并逐渐向首尾两端减小。 顾学康等（2000）[2]根据试验和理论方法对规则波中垂向弯矩的高阶调和成分进行了研究。研究表明如 果弯矩的较高阶成分等于船体梁的特征频率, 则这个高阶的成分可能会导致波激振动的发生, 即所谓的非 线性波激振动。Dudson等（2001）[3]则提到波浪载荷的二阶或倍频成分可能会对波激振动的产生有所贡 献（尽管没有在他们的模型试验中得到证实）。Jensen 等（2004）[4] 认为对传统的船舶来说, 如果弯曲 刚度小、航速高和非线性激励严重, 则波激振动可能会比较严重。顾学康等（2004）[5]对一超大型油船 进行了线性（船体梁一阶振动频率等于遭遇波频）与非线性（船体梁一阶振动频率等于遭遇频率的整数 倍）波激振动试验, 对油船波激振动响应特征及其对结构疲劳的贡献进行了研究。通过试验发现, 零航速 时, 按波浪遭遇频率变化的低频波浪弯矩能量较大 , 占主要成分, 其它为一些倍频成分；有航速时, 按船体梁一阶振动频率变化的高频波浪弯矩占主要成分, 比波浪遭遇频率的能量大得多。通过分析其原因, 他认为主要不在于航速的影响, 通过试验录像也没有发 现砰击现象, 而在于船体梁一阶总振动频率与波浪遭遇频率之间的倍数关系（n ）。如果n 是整数倍的, 且 该整数较小, 则非线性波浪载荷中的某阶倍频成分很容易使船体梁产生共振, 即非线性波激振动。 GAUTE （2006）[6]等对一大型散货船进行了波激和砰击振动响应试验研究。DNV关于散货船的实船测 量表明波激振动对疲劳破坏的贡献达到了波频载荷的水平。通过四个非线性程序预报波激振动的数值结 果都小于测量结果。因此作者认为由于在船体结构设计分析时对波激振动机理没有很好地掌握, 导致了 船舶在运营后产生严重的疲劳破坏, 从而使船东产生了昂贵的维修费用。他们在顶浪中对一大型弹性船 模在压载和满载条件下的波激振动现象进行了试验研究。模型试验中研究了各种可能激励源的贡献。通 过规则波试验检查了高阶调和函数并得到了传递函数, 而疲劳破坏则根据实际的海况用雨流计数法计 算。对振动损伤和波频损伤进行了比较, 结果表明了高频振动的重要性。 我国目前正在开发的超大型矿砂船, 船长超过了400米, 其较低的二节点振动固有频率与海浪中的波浪频 率藕合将产生对船体结构不利的影响, 因此, 船体波激振动现象及其对结构疲劳的影响应该在设计过程中 进行认真的考虑。本文对一超大型矿砂船在压载和满载工况下的模型试验进行了研究, 包括规则波和不 规则波试验, 对波激振动现象及产生的机理进行了分析。通过对试验数据的频谱分析研究了该船在规则 波与不规则波中波浪遭遇频率、船体梁一阶振动频率、倍频、船体梁高阶振动频率与波激振动现象之间 的关系。 二)选题的依据和意义 。 ( 波激振动现象自20世纪60年代起从大型矿砂船开始受到关注. 由于船体尺度的不断增大,高强度钢的大量 使用以及航速的持续增大,波激振动现象不断出现在大型矿砂船、大型集装箱船和大型油船等上,影响了 船舶在海上航行的安全性,增加了船体结构的维修成本. 许多研究者开展了各种规模的模型试验、理论研 究和实船测量工作, 目的是研究波激振动发生的机理,发展工程实用的预报波激振动预报[ 1 - 5 ] . 通过这些 研究,认为波激现象有以下几个特点: ①随着航速的增加而增加(遭遇频率增大) ;②