船舶波浪载荷水弹性分析及对疲劳强度影响

摘要

随着海洋事业的不断发展,船舶正向大型化,专业化方向转化。然而由于大型化船舶具有大长宽比的特点,导致其刚度比常规船舶要低得多,因此容易受到波浪的影响,产生波激振动,从而使其整体的弹性变形加大,对疲劳产生不利的影响。以平面流建立起来的二维方法,并采用不计船体弹性效应的刚体模型与仅适用于低海况、低航速时的假设,逐渐暴露出其局限性。因此本文依据三维线性水弹性理论,计算船体剖面载荷,通过模型试验,验证计算结果的合理性,并讨论了弹振对船舶疲劳强度的影响。本文着重在以下几方面进行了研究:
　　 (1)将船体简化为船体梁模型,将其分成20段。每段均是一个Timoshenko梁模型,本文采用目前常用的迁移矩阵法进行垂向对称干模态分析,以一艘大型船舶为算例,给出船舶结构特性随船长的变化曲线,并计算各阶模态固有振型。
　　 (2)为了较真实的反映船舶弹性效应,并验证本文中水弹性方法数值计算结果的正确性,以实船的首阶固有频率与模型的首阶固有频率相似为基础,符合几何相似以及运动相似和重力相似,设计某大型船舶的变截面梁水弹性试验模型,并完成试验。
　　 (3)在三维线性势流理论的基础上,计及结构的弹性变形,对三维线性频域水弹性分析方法进行分析研究,以某大型船舶为例,通过本文数值计算结果与试验测量结果的比较,对该方法进行了验证,并讨论弹性效应对波浪载荷的影响。
　　 (4)简述采用谱分析法进行疲劳寿命的评估的过程,以某矿砂船为例,对比三维线性水弹性方法计算出的疲劳损伤以及疲劳寿命与采用刚体理论计算结果,通过对比分析讨论水弹性对疲劳强度的影响。