畢業(yè)設(shè)計（論文）-砰擊載荷作用下船首局部結(jié)構(gòu)動響應(yīng)分析

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1、目錄第一章緒論11.1引言11.2國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r11.3本文主要工作2第二章砰擊載荷計算方法32.1概述32.2底部砰擊32.3外飄砰擊52.4首砰擊壓力和板厚的入級規(guī)范82.5波浪砰擊的周期10第三章結(jié)構(gòu)動響應(yīng)分析113.1概述113.2結(jié)構(gòu)靜力分析113.3模態(tài)分析133.4瞬態(tài)分析173.5共振現(xiàn)象24第四章ANASYS建模與求解264.1概述264.2理論計算264.3建立模型30504.4施加邊界條件和外載并進行受力分析314.5小結(jié)48第五章結(jié)論49參考文獻50外文資料中文譯文致謝50本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）第一章緒論1.1引言船舶在惡劣的海況下

2、高速航行時，由于前部船體會因頻繁出水入水和上浪等原因會在船艏底部、艉部及外飄等區(qū)域發(fā)生砰擊現(xiàn)象。強烈砰擊會引起一系列嚴(yán)重的后果。隨著大型船舶航速的不斷提高和高性能船舶（滑行艇、氣墊船和雙體船等）的廣泛應(yīng)用，這個問題更加突出。國內(nèi)外多起船舶損傷報告證明，砰擊這種流體沖擊載荷是導(dǎo)致船體水線面下局部結(jié)構(gòu)失效、船舶破損的主要原因。因此在高速船舶的設(shè)計中，砰擊載荷作為主要載荷，應(yīng)把校核船舶結(jié)構(gòu)在該載荷作用下的強度作為船舶設(shè)計安全標(biāo)準(zhǔn)之一[1]。船舶在航行中受到水的砰擊力的作用，這種砰擊壓力持續(xù)的時間通常很短，但量值有時會很大。它輕者造成船體疲勞和局部結(jié)構(gòu)變形，重則會

3、引起結(jié)構(gòu)的失效和崩潰而導(dǎo)致災(zāi)難性后果。因此，研究物體入水所產(chǎn)生的砰擊壓力及其特性對于確定結(jié)構(gòu)的設(shè)計載荷和保證結(jié)構(gòu)的安全性具有十分重要的意義。根據(jù)發(fā)生砰擊的位置劃分，可分為底部砰擊、外飄砰擊、甲板上浪3種類型。船舶大幅運動時，船底會露出水面，當(dāng)它重新入水時，會與波浪產(chǎn)生猛烈的沖擊，這種現(xiàn)象即為底部砰擊。船舶在運動的過程中，當(dāng)波浪沖擊首部外飄區(qū)域時，也往往會產(chǎn)生相當(dāng)大的脈沖水動力，使船體加速度發(fā)生突變，這種現(xiàn)象成為外飄砰擊。甲板上浪是指船舶在洶濤中航行，波浪超過干舷涌上甲板時出現(xiàn)的現(xiàn)象。1.2國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r最早將二維水動力沖擊問題作簡化處理的是VonKarma

4、n。他提出的砰擊計算方法是一種經(jīng)典的方法。起源于水上飛機起降時的浮體底部砰擊力研究。主要適用于二維楔形體等速拍擊靜水面的情況[2]。與試驗相比，結(jié)果一般偏大。Wagner的貢獻是發(fā)展了Von-Karman的線性理論[3]，考慮了物體表面處存在水面隆起的效應(yīng)，修正了這一理論。二十世紀(jì)七十年代末英國Bishop，Price[4]等提出的船體載荷與運動的統(tǒng)一計算的理論亦稱二維船舶水彈理論，通過干模態(tài)疊加的方法，給出了一種二維求解方法。這一理論與方法為船舶動置于規(guī)則波上的載荷估算奠定了基礎(chǔ)，理論計算的結(jié)果與實驗室測得結(jié)果的比較吻合，說明了該蒞臨基本反映了實際情況，

5、取得了比較令人滿意結(jié)果。Ochi-Motter基于實船和模型試驗統(tǒng)計結(jié)果提出了半經(jīng)驗的砰擊力估算方法?？梢杂嬎悴灰?guī)則波中的砰擊力響應(yīng)，但壓力分布是假定的，航向的考慮欠佳。二十世紀(jì)九十年代，隨著計算機能力的開發(fā)，水動力學(xué)的數(shù)值計算獲得了發(fā)展，開始廣泛應(yīng)用于科研呵工程之中。其中比較典型的是，Zhao和Faltinsen[5]50本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）由數(shù)值計算方法來求解二維任意剖面的入水沖擊問題。Zhao等提出的水動砰擊理論適用于任意的二維剖面形狀，但斜傾角不得小于5o。近幾年被許多學(xué)者廣泛應(yīng)用于各類砰擊問題研究。同時，我國學(xué)者盧熾華等同樣由理論計算研究了二維

6、對稱物體的入水沖擊問題[6]。在完全非線性自由表面的條件下，運用線性單元的邊界積分方法，掌握了二維剖面的入水沖擊過程。將楔形體計算結(jié)果與Zhao和Faltinsen計算的作了比較，驗證了方法的穩(wěn)定性和可靠性。本課題針對船首局部結(jié)構(gòu)開展在砰擊載荷作用的動力響應(yīng)分析研究。研究這一問題，必須要具有一定的振動理論的基礎(chǔ)知識。近年來，船體振動這一門學(xué)科在國內(nèi)外得到了迅速的發(fā)展。自從遷移矩陣法用于計算船體總振動以來，短短幾年已發(fā)展為有限元法、模態(tài)綜合法、雜交子結(jié)構(gòu)法等作為實船和模型的計算方法，同時工程上適用的近似計算方法和公式也得到不斷的發(fā)展和完善。在實驗技術(shù)方面，由

7、于電子計算技術(shù)的發(fā)展，激振、測試記錄和分析等實驗手段日益更新，利用實驗?zāi)Ｐ偷哪B(tài)分析方法也已開始再船體振動領(lǐng)域應(yīng)用。本文主要是利用ANSYS有限元軟件進行靜力和動力學(xué)分析。1.3本文主要工作本文主要工作包含以下三個方面：1.對波浪砰擊壓力發(fā)生的條件和計算方法進行論述。2.對板和板架進行靜力分析和動力學(xué)分析。主要包括板和板架的位移、應(yīng)力、固有頻率和強度校核。3.運用ANSYS有限元分析軟件，結(jié)合板的要求，依據(jù)有關(guān)的理論和規(guī)范建立模型，對其受力加載，并進行靜力分析、動力學(xué)分析和校核。50本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）第二章砰擊載荷計算方法2.1概述船舶在波浪中航行時，

8、波浪與船體之間發(fā)生的沖撞現(xiàn)象稱為砰擊。根據(jù)船體被沖撞位置的不同，砰