双浮板液舱晃荡特性的数值研究

基于黏性流理论,采用动网格技术和6自由度模型,以及动量源方法,建立了双浮板液舱晃荡的数值模型。分别采用3种不同空间步长的网格离散计算区域,进行了网格收敛性验证。通过光滑液舱晃荡的模型试验和解析得到的爬高最大值,验证了数值模型的精确性。在载液率为50%,激励幅值为2 mm条件下,对双浮板液舱晃荡进行了数值计算,与光滑液舱相比,双浮板液舱晃荡的最大爬高明显减小。通过一个激励周期内双浮板液舱晃荡的波面显示发现,液舱晃荡模式由光滑液舱的驻波模式变为U管模式,晃荡模式的改变起到了明显地抑制液舱晃荡的效果。     

三维弹性侧壁液舱内液体晃动波面的实验研究

通过物理模型实验,对弹性侧壁液舱和刚性液舱内液体晃荡问题进行了研究。由于流固耦合的影响,弹性侧壁液舱内液体晃荡的最低阶固有频率稍小于同尺寸的刚性液舱内液体晃荡的最低阶固有频率。液舱模型处于纵向简谐激励作用下,其中激励频率在最低阶固有频率附近。实验分析两种相对液深比h/L=0.167和h/L=0.333,在二阶模态的次共振和一阶模态的共振状况下,对弹性侧壁液舱与刚性液舱内不同测点的波面、振幅谱和晃动波高进行对比分析。结果表明:在浅液深(h/L=0.167)一阶共振下,流固耦合对波面形态的影响比较明显,弹性侧壁液舱内测点晃动波高明显大于刚性液舱内对应测点波高;而在一般液深(h/L=0.333)一阶共振下,水弹性效应减弱,弹性侧壁液舱与刚性液舱内对应测点处波高差异较小。     

水平地震激励下大型LNG储罐流固耦合模态分析

LNG工程是生命线工程,因此LNG储罐在地震作用下的分析要求准确和安全。首先探讨了LNG混凝土储罐模态分析中主要采用的方法,指出流固耦合模态分析的先进、准确性;其次,建立了流固耦合有限元的数值模型,给出了模型的分析结果,并进行了解释,证明了采用大型通用有限元软件Ansys分析LNG混凝土储罐的合理性;最后,比较了流固耦合模态分析的结果与理论结果,证明了数值模型的有效性,为供储罐结构后续的力学分析及相关规范编制参考。     

弹性液舱内液体晃荡实验研究

通过物理模型实验,对水平简谐激励下弹性矩形液舱内液体晃荡问题进行了研究。实验中给出了不同液深和不同激励振幅下弹性液舱内液体最低阶固有频率。采用影像采集与分析系统获得液舱内自由液面的形状和高度,通过压力采集系统得到舱壁上的压力分布。实验中分析了不同液深、不同激励频率下弹性和刚性液舱内自由液面高度和晃荡压力的变化特性。比较了弹性和刚性液舱内不同位置处自由液面高度随外界激励频率的变化规律,以及舱壁上不同位置处的压力峰值随外界激励频率的变化规律。结果表明:非共振情况下,弹性和刚性实验结果及理论值三者的波高和压力较为接近。共振情况下,弹性和刚性波高基本相等,在近舱壁处二者明显大于理论值,而在远离舱壁处二者与理论值存在一定差别;弹性压力较刚性压力略小,但二者与理论值差别较大。     

水体质量对大型梁式渡槽横向抗震性能影响研究

通过对流固耦合动力作用简化方法的研究,用等效的弹簧-质量系统来模拟流体与渡槽结构的动力相互作用,并对某渡槽进行了多种地震波作用下的抗震性能分析,得到了大型梁式渡槽结构的自振特性、地震响应。结果表明:槽内大质量水体对渡槽的横向地震响应有较大的影响,若不考虑槽内的水体将低估渡槽的地震反应;但因水体的晃荡作用减小了水体自身的地震反应,若将水体视为刚体附加到槽体上将严重地夸大水的地震惯性力作用。     

基于Level-set法和通度概念液体晃荡特性研究

液体晃荡现象在诸多工程领域具有深刻的研究意义,并引起了广泛的关注。基于Level-set方法,借助流场通度的概念,模拟了流场内具有障碍物的液体晃荡现象。选取不同形式的防晃结构分析研究对晃荡的抑制效果,得到几点关于防晃结构的设计与选择的重要结论。计算结果表明,通度系数法与Level-set方法的结合使用,能够有效地处理流场内带有障碍物的液体晃荡问题,该方法具有一定的可行性和应用前景。     

液舱晃荡载荷计算与强度校核系统研究

随着薄膜型LNG运输船的需求量不断增加,晃荡载荷已成为船舶安全性研究的重要内容之一。本文结合中国船级社规范所推荐的公式,对薄膜型LNG船晃荡水平的载荷进行研究,提出载荷计算方法和流程,在MSC.patran的基础上结合二次开发语言PCL,设计了一套晃荡载荷计算与校核系统。该系统对有限元模型进行前后处理,设计了舱室识别算法来搜索晃荡载荷的作用域,实现薄膜型LNG船晃荡载荷的自动计算与施加,完成屈服强度评估。通过算例测试证明本系统自动计算结果的有效性和准确性,可以为工程设计人员大大节约工作量,大幅度提高工作效率。     

考虑晃荡效应的独立B型LNG液舱结构多目标优化

独立B型LNG液舱内部设置舱壁板材及多种桁材,有效缓解了液舱晃荡效应。针对晃荡载荷下的独立B型LNG液舱结构多目标优化,利用规范中的公式计算晃荡载荷,并引入液舱晃荡系数,以期综合反映液舱内部构件对晃荡特性的影响,在此基础上进一步建立以液舱结构重量和液舱晃荡系数为目标的多目标优化模型,采用多目标遗传算法(NCGA),计算得到改进的独立B型LNG液舱结构设计方案。     

移动粒子半隐式法中核函数适用性研究

研究了移动粒子半隐式法(MPS法)中核函数的特性。选取溃坝、晃荡和船舶横剖面横摇分别作为不具有边界速度、具有一维边界速度和具有二维边界速度模拟的代表,研究了MPS法中常见五种核函数在上述三种速度边界条件模拟中的适用性。结果表明,在核函数的作用力范围边界时,要求提供适中的作用力,较大的作用力会导致模拟的失败;提供适中作用力的核函数适合于具有一维边界速度的模拟,而提供较小作用力的核函数适合于具有二维边界速度的模拟。     

三自由度晃荡模拟装置及其模态分析

晃荡现象是海洋工程和船舶设计中值得关注的问题,它涉及到自由液面大幅度运动的一系列非线性问题,很难获得一个完全的理论解,相应的试验是主要方法,本文介绍三个自由度的模拟装置,并运用ＭＳＣ／ＮＡＳＴＲＡＮ软件对该装置进行了结构有限元分析,重点在于模态分析。