PDF《舰船非线性设计值的水弹性直接计算方法》

第38 卷第

1 期哈尔滨工程大学学报Vol.

38 №.1

2017 年1月Journal of Harbin Engineering University Jan.

2017 舰船非线性设计值的水弹性直接计算方法 陈占阳1 ,桂洪斌1 ,任慧龙2 (1. 哈尔滨工业大学(威海) 船舶与海洋工程学院,山东 威海 264209;

2.哈尔滨工程大学 船舶工程学院,黑龙江 哈尔滨 150001) 摘要:目前各国军规对水面舰船设计载荷的计算还只停留在刚体理论,但随着舰船主尺度的日益增大,船体弹性 效应对载荷响应的影响已越发不容忽视,通过水弹性理论计算和试验两方面,与国内规范的设计载荷计算方法进 行了比较分析,发现国内规范中对于极限工况下的砰击载荷的贡献考虑不够充分,为此,基于三维非线性时域水弹 性理论,对不规则波中船体载荷响应预报方法进行了阐述,提出了一种非线性设计载荷的直接计算方法. 基于直 接计算方法,提出一套新的水面舰船设计值计算流程算法. 通过比较后发现,采用本文修改后的规范算法得到的 设计值,与直接计算方法结果更为接近. 新的设计载荷计算程序的有效性和准确性得到了证实. 关键词:水弹性;

非线性;

长期预报;

设计值;

直接计算方法 DOI:10.11990/ jheu.201507066 网络出版地址:http:/ / www.cnki.net/ kcms/ detail/ 23.1390.u.20161212.0920.010.html 中图分类号:U661.73 文献标志码:A 文章编号:1006-7043(2017)01-0037-06 Direct calculation method for nonlinear design loads of warship based on hydroelasticity theory CHEN Zhanyang1 ,GUI Hongbin1 ,REN Huilong2 (1. School of Naval Architecture and Ocean Engineering, Harbin Institute of Technology at Weihai, Weihai 264209, China;

2. College of Shipbuilding Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China) Abstract:The calculation of the warship design load of the military rules of all countries in the world depends on rigid theory at present. However, with the day?by?day increase of the principal dimensions of a warship, the elastic effect of the hull on load responses has drawn the attention of designers. International calculation methods on the de? sign load were compared with domestic calculation methods in the aspects of hydroelastic theory and tests. The eval? uation methods from the domestic rule do not take full account of the importance of slamming load. Therefore, on the basis of three?dimensional nonlinear time?domain hydroelastic theory, the prediction method of load responses of ship in irregular waves was studied, and a direct calculation method of the nonlinear design load was proposed. Fi? nally, on the basis of the direct calculation method, a new calculation process of design load of warship was presen? ted. A comparison between experimental and theoretical results shows that the design loads based on the new calcu? lation process are in good agreement with the direct calculation results. The effectiveness and accuracy of the new calculation process of design load are demonstrated. Keywords:hydroelasticity;

nonlinear;

long?term prediction;

design loads;

direct calculation method 收稿日期:2015-07-21. 网络出版时间:2016-12-12. 基金项目:国家自然科学基金项目(51509062);

山东省自然科学基金 项目(ZR2014EEP024);

海洋工程国家重点实验室(上海交 通大学) 开放课 题项目(1416);

威海市大学共建项目(2015DXGJMS009);

中央高校基本科研业务费专项( HIT. NSRIF.201727). 作者简介:陈占阳(1984-),男,博士,讲师. 任慧龙(1965-),男,教授,博士生导师. 通信作者:陈占阳,E?mail:chen_1228@ 163.com. 水面舰船作为海军武器装备不可或缺的一部 分,在海军力量上发挥着重要的作用,同时也影响着 各国海军军事力量. 因此,水面舰船的结构强度能 否在今后的军事活动中满足战略要求一直是舰船设 计人员最为关注的要点. 而作为结构强度校核的重 要前提,水面舰船的设计载荷的计算就显得至关重 要. 目前各国规范中,水面舰船设计值的计算都是 基于经验公式,根据船体主尺度确定公式中的待定 参数. 这种方法虽然简便、直接,但却无法考虑船体 型线对载荷响应的影响,英国劳氏军规[1] 指出,应 采用不规则波长期预报的方法对水面舰船的设计载 荷进行计算. 此外,随着各类水面舰船的主尺度日 趋增大,弹性效应也越加明显. 而目前各国军规的 设计载荷的计算都还只是局限于刚体理论,仅从经 验公式上无法体现出船体的弹性效应对设计载荷的 影响,因此急需一种能够计及船体的弹性效应的设 计值的直接计算方法. 若要进行不规则波中载荷的长期统计分布,就 需要先对不规则海浪中的载荷响应进行时历预报, 但目前还采用的是主峰频率法[2] ,忽略了不规则波 中频率和波幅对载荷响应的影响,这也给计算结果 带来一定的误差. 由于水面舰船所具有的航速高, 外张明显、刚度小等特点,当这类高速水面舰船在高 海情下遭遇砰击现象时,载荷呈现极强的非线性特 征,为此,本文将时域延迟函数与三维非线性时域水 弹性理论相结合,提出一种能够计及砰击的不规则 波中载荷响应的预报方法,并基于该法提出一种能 够计及船体的弹性效应非线性设计载荷直接计算方 法. 通过与规范值进行比较分析后,对国内现行军 规的不足提出修改建议,最后结合直接计算方法提 出一套新的水面舰船设计值计算流程.