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基于部分单元参数Youngs法的棱形液舱晃荡载荷分析研究

作　者: 金晶
导　师: 张圣坤
学　校: 上海交通大学
专　业: 船舶与海洋工程
关键词: 棱形液舱晃荡载荷部分单元参数流体体积法滤波
分类号: U661.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着液货船的大型化发展,液舱晃荡问题开始凸显,由于晃荡冲击持续时间短,压力幅值高,很可能造成液舱的结构失效破坏。为了提高棱形液舱晃荡载荷预报的精度和数值稳定性,本文基于VOF法,以Youngs法重构自由液面,结合部分单元参数概念,提出了一种精度更高且数值稳定的处理非矩形复杂舱室边界晃荡载荷的计算方法。采用了双重中值、均值限幅滤波算法对晃荡载荷的时间历程曲线进行数值光顺,得到了可应用于实际工程结构分析的晃荡设计载荷,并基于该方法预报了某LNG船液舱晃荡载荷,并对LNG船泵塔结构进行了初步分析。本文的主要研究工作包括：1)基于VOF法,采用Youngs法对自由液面进行重构,结合部分单元参数的概念来进行了复杂舱室边界晃荡载荷的数值模拟,并将该方法与传统的VOF法的数值模拟结果以及实验结果进行了对比。2)针对晃荡载荷在数值预报过程中可能出现数值扰动,采用双重中值均值限幅滤波对晃荡载荷时间历程曲线进行了滤波光顺,得到了相对准确可信的晃荡载荷。3)根据本文建立的晃荡运动数值计算方法以及载荷滤波算法,基于Morison公式开展了LNG船泵塔结构晃荡载荷预报,并对LNG泵塔强度进行了初步分析。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-12
第一章绪论  12-21
  1.1 背景  12-13
  1.2 液舱晃荡的载荷特点  13-14
  1.3 晃荡的研究方法  14-19
    1.3.1 理论研究  14
    1.3.2 数值方法  14-19
  1.4 本文主要工作  19-21
第二章部分单元参数Youngs法的数值模拟  21-33
  2.1 控制方程  21-25
  2.2 控制方程的离散  25-27
  2.3 速度和压力的计算  27
  2.4 数值稳定条件  27-28
  2.5 边界条件  28-29
  2.6 自由表面的追踪和流体体积分数的对流运算  29-32
  2.7 本章小结  32-33
第三章算例及实验对比分析  33-46
  3.1 液舱计算模型  33-34
  3.2 液面形态  34
  3.3 舱室边界压力  34-37
  3.4 速度和加速度  37-42
  3.5 网格敏感性分析  42-44
  3.6 本章小结  44-46
第四章液舱晃荡载荷预报及应用  46-72
  4.1 液舱晃荡载荷的光顺  46-55
    4.1.1 数据平滑滤波算法  46-47
    4.1.2 平滑滤波算法的设计  47-49
    4.1.3 平滑效果分析比较  49-55
  4.2 泵塔晃荡载荷的计算  55-65
    4.2.1 目标舱室主要参数  55-56
    4.2.2 舱室的运动周期  56-57
    4.2.3 船舶运动极值  57-58
    4.2.4 Morison力的计算  58-65
  4.3 泵塔结构分析  65-71
    4.3.1 泵塔的结构  65-66
    4.3.2 泵塔的材料  66
    4.3.3 泵塔的有限元模型  66-68
    4.3.4 应力分析  68-71
  4.4 本章小结  71-72
第五章总结与展望  72-73
参考文献  73-77
附录:四种流体网格界面的判定和流体体积传输计算  77-80
致谢  80-81
攻读硕士学位期间发表或录用的论文  81

基于部分单元参数Youngs法的棱形液舱晃荡载荷分析研究

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