波浪中浮箱運(yùn)動(dòng)與三維液艙晃蕩的耦合研究.pdf

1、當(dāng)船舶受到波浪作用時(shí)會(huì)一定幅值的振蕩，如果船舶內(nèi)裝載液體，這種振蕩運(yùn)動(dòng)引起的液艙內(nèi)流體晃蕩與外部波浪作用會(huì)形成耦合效應(yīng)作用在船體上，該耦合效應(yīng)可能會(huì)導(dǎo)致船舶振蕩幅值的增大而引發(fā)危險(xiǎn)情況，也可能對(duì)液艙產(chǎn)生較大的沖擊導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞。因此，對(duì)波浪作用下的船舶運(yùn)動(dòng)與液艙晃蕩的耦合效應(yīng)進(jìn)行研究是十分必要的。
　　本文對(duì)于外部波浪作用采用邊界元方法計(jì)算，因?yàn)檫吔缭ㄓ?jì)算效率較高。對(duì)于液艙內(nèi)部流體晃蕩采用三維鏡像SPH數(shù)值模型進(jìn)行模擬，因?yàn)镾P

2、H方法可以有效模擬波浪破碎。最后，通過脈沖響應(yīng)函數(shù)方法解運(yùn)動(dòng)方程，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外流場(chǎng)相互作用的耦合，并用浮箱模擬船舶成功建立了波浪作用下浮箱運(yùn)動(dòng)與液艙晃蕩的耦合數(shù)值模型。
　　通過與其他數(shù)值結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了本文的數(shù)學(xué)模型能有效模擬液體晃蕩和波浪激振耦合作用下的三維浮箱運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。SPH方法可以直接模擬艙內(nèi)流體大變形運(yùn)動(dòng)情況。相比空載情況，裝液浮箱會(huì)在某一特定入射波頻率產(chǎn)生一個(gè)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)幅值的峰值，這種峰值往往產(chǎn)生在容器內(nèi)液體自

3、振頻率附近。這種運(yùn)動(dòng)幅值峰值的產(chǎn)生主要由液艙內(nèi)液體晃蕩產(chǎn)生的晃蕩力與浮箱外部波浪作用的激振力的相位差導(dǎo)致。當(dāng)入射波頻接近但不超過晃蕩液體的最小自振頻率時(shí)，上述相位差則達(dá)到180°左右，液體晃蕩起抑制方箱運(yùn)動(dòng)作用。當(dāng)入射波頻率超過晃蕩液體的自振頻率時(shí)，晃蕩力與波浪激振力的相位差變小，因而兩力相互累加造成浮箱運(yùn)動(dòng)幅值的增大。
　　進(jìn)而對(duì)不同裝液寬度的浮箱進(jìn)行了研究，結(jié)果表明浮箱運(yùn)動(dòng)響應(yīng)幅值的變化趨勢(shì)不變，浮箱寬度的增加只是增強(qiáng)了晃蕩力

4、對(duì)浮箱運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的影響作用。當(dāng)晃蕩力與激振力相位差較大且晃蕩力小于激振力時(shí)，較寬的容器內(nèi)液體產(chǎn)生的晃蕩抑制容器運(yùn)動(dòng)的作用更加明顯。當(dāng)晃蕩力與激振力相互疊加時(shí)，較寬的容器更容易引起大振幅的運(yùn)動(dòng)。此外，對(duì)于不同外部水深的研究結(jié)果表明，在本文研究的高頻波浪頻率范圍內(nèi)，外部水深對(duì)浮箱運(yùn)動(dòng)幅值的影響不大。
　　最后對(duì)不同波高的規(guī)則波作用下的空箱和裝液浮箱運(yùn)動(dòng)響應(yīng)試驗(yàn)研究，本文發(fā)現(xiàn)固定頻率下不同入射波高引起的浮箱運(yùn)動(dòng)響應(yīng)具有一定的非線性特征，入