基于sasem軟件甲板振沉船波浪載荷計(jì)算【畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p>　　本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　【摘要】3</b></p><p>　　【Abstract】4</p><p><b>　　一、 緒論5</b></p><p>　

2、　1.1 論文的目的和意義5</p><p>　　1.2 鋼箱筒和振沉技術(shù)概述6</p><p>　　1.3 運(yùn)動(dòng)和波浪載荷的概述7</p><p>　　1.4 SESAM軟件的簡(jiǎn)介說明8</p><p>　　1.5 課題研究背景及內(nèi)容9</p><p>　　1.6 本文的主要研究?jī)?nèi)容10<

3、;/p><p>　　二、 基本理論12</p><p>　　2.1 前言12</p><p>　　2.2 基本方程和控制條件12</p><p>　　2.2.1 波浪理論12</p><p>　　2.2.2斯托克斯波理論14</p><p>　　2.3 總體響應(yīng)分析15</

4、p><p>　　2.3.1波浪荷載計(jì)算16</p><p>　　2.3.2總體響應(yīng)的結(jié)果16</p><p>　　2.4 詳細(xì)的計(jì)算荷載的結(jié)構(gòu)模型16</p><p>　　2.4.1確定性載荷和詳細(xì)的載荷轉(zhuǎn)移17</p><p>　　2.4.2載荷轉(zhuǎn)移到模型梁?jiǎn)卧?7</p><p>　

5、　2.5 環(huán)境描述17</p><p>　　2.6 結(jié)果類型報(bào)告Wadam18</p><p>　　2.6.1傳遞函數(shù)和相位定義19</p><p>　　2.6.2阻尼矩陣20</p><p>　　2.6.3剛體運(yùn)動(dòng)和二階平均漂移力20</p><p>　　2.6.4波浪阻尼和分布載荷21</p&

6、gt;<p>　　2.6.5截面荷載和滾動(dòng)阻尼系數(shù)22</p><p>　　2.7 計(jì)算方法23</p><p>　　2.7.1計(jì)算波浪載荷勢(shì)流理論23</p><p>　　2.7.2計(jì)算油箱壓力25</p><p>　　三、 鋼箱筒振沉船在波浪中的運(yùn)動(dòng)和波浪載荷預(yù)報(bào)26</p><p>　

7、　3.1船舶運(yùn)動(dòng)基本坐標(biāo)系和運(yùn)動(dòng)量的描述26</p><p>　　3.2波浪載荷研究理論26</p><p>　　3.2.1船舶在規(guī)則波中的運(yùn)動(dòng)與載荷分析計(jì)算27</p><p>　　3.2.2波浪載荷的短期及長(zhǎng)期預(yù)報(bào)基本理論27</p><p>　　3.2.3海浪譜和響應(yīng)譜28</p><p>　　四、全

8、船濕表面模型的建立29</p><p>　　4.1 鋼箱筒振沉專用船體外表面模型29</p><p>　　4.2 Mass model質(zhì)量模型30</p><p>　　4.3 水動(dòng)力分析計(jì)算33</p><p>　　4.4 本章小結(jié)38</p><p>　　五、 數(shù)據(jù)結(jié)果分析39</p>

9、;<p>　　5.1 不同浪向角波浪誘導(dǎo)垂向剪力、垂向彎矩和彎矩的影響39</p><p>　　5.1.1 波浪誘導(dǎo)垂向剪力、垂向彎矩的影響39</p><p>　　5.1.2 裝載狀態(tài)對(duì)于波浪誘導(dǎo)扭矩的影響44</p><p>　　5.2 同一工況下不同浪向角波浪誘導(dǎo)垂向剪力、垂向彎矩和扭矩的影響47</p><p&

10、gt;<b>　　【參考文獻(xiàn)】49</b></p><p><b>　　致謝50</b></p><p><b>　　總結(jié)51</b></p><p>　　鋼箱筒振沉專用船波浪載荷計(jì)算</p><p><b>　　摘 要</b></p>

11、<p>　　【摘要】 在船舶航行中，船舶波浪載荷是對(duì)船舶的航行速度起一定影響的，如果能夠精確的計(jì)算出船舶在不同工況下的船舶載荷情況，不同剖面和浪向?qū)Υ瓜蚣袅Φ挠绊懬闆r，就能為船舶的設(shè)計(jì)等提供很大的幫助。鋼箱筒振沉船是一種新型船舶，應(yīng)用于海洋工程中。而海面大部分時(shí)間被海浪所覆蓋，因此研究振沉船的波浪載荷具有重要意義。</p><p>　　本文使用SEASM/GENIE來建船體外殼模型并且劃分網(wǎng)格，并將

12、建出的船體模型導(dǎo)入到HYDROD軟件中，運(yùn)行計(jì)算得出在不同工況下，25個(gè)不同剖面和不同浪向角，船體外殼受到的延船長(zhǎng)方向上的剪力，垂向彎矩和扭矩的大小，最后用EXCEL軟件繪制剪力，彎矩和扭矩圖，通過這些圖的分析得到船的最大和最小垂向剪力垂向彎矩，以及最大扭矩，得出正確的預(yù)報(bào)波浪載荷值。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】 船舶波浪載荷；SESAM；彎矩；剪力；鋼箱筒</p><p>　　The

13、 wave load calculation of </p><p>　　Steel box tube vibration wreck</p><p>　　【Abstract】 sailing ship, the ship wave loads on ships sailing from a certain impact velocity, if we can calculate the

14、precise ship ships at different load conditions, the different profiles and wave to the vertical shear of the the impact of the situation, the design of the ship will be able to provide a great help. Vibration wreck is a

15、 new type of ship. It is the application in Marine engineering. The sea covered most of the time was the wave. So the vibration of ship waves load to have the imp</p><p>　　This article use SESAM/GENIE softwa

16、re to build the hull and divided into grid ，and the hull model be imported into HYDRO come running in different conditions, the ship have shear force, moment and torque in different profiles and different wave angle, at

17、last use excle software draw shear force and mome nt diagram, by the analysis of these diagram getting the maximum and minimum vertical shear force of the ship, getting the correct value of the prediction of wave loads,

18、 for making a good hull s</p><p>　　[Keywords] ship wave load ；SESAM；moment；shear force；steel box tub</p><p><b>　　一、 緒論</b></p><p>　　1.1 論文的目的和意義</p><p>　　

19、和船舶運(yùn)動(dòng)研究息息相關(guān)的一個(gè)研究領(lǐng)域是船舶在波浪中的載荷研究，船舶在波浪上的運(yùn)動(dòng)理論是研究波浪載荷的理論基礎(chǔ)之一。進(jìn)行船舶結(jié)構(gòu)分析時(shí)，首先要確定作用在船體上的載荷，而結(jié)構(gòu)分析的精度又很大程度地取決于波浪載荷計(jì)算。因此，波浪載荷計(jì)算問題是船舶結(jié)構(gòu)研究中非常重要的一個(gè)問題。</p><p>　　隨著世界能源需求的不斷提升，陸上資源已不能滿足人們的需求，所以開發(fā)海洋工程船成為一種趨勢(shì)。據(jù)了解，海洋工程船可簡(jiǎn)單地定義為參

20、與到海洋能源開發(fā)領(lǐng)域的船舶。包括居住船、鉆井船、平臺(tái)供應(yīng)船、平臺(tái)供應(yīng)船（PSV）、FPSO等多種船型。鋼箱筒振沉船即是應(yīng)用于海洋工程中是一種新型船舶。由于此類工程船由于長(zhǎng)期在波浪中作業(yè)，所以研究鋼箱筒振沉船在波浪中的波浪載荷成為一種必要。一般波浪的產(chǎn)生需要兩個(gè)條件：讀一處于平衡狀態(tài)的水，需要有破壞其平衡的繞動(dòng)力，以及使其恢復(fù)平衡的回復(fù)力。特別在海洋工程中，由于海面大部分時(shí)間被海浪所覆蓋，波浪運(yùn)動(dòng)是海水運(yùn)動(dòng)的主要形式之一。</p&g

21、t;<p>　　在船運(yùn)動(dòng)和載荷計(jì)算與分析領(lǐng)域，雖然基于頻域和概率的線性切片理論已經(jīng)取得了巨大成功，由于有許多實(shí)際的耐波性和結(jié)構(gòu)載荷問題在線性理論下得不到合理的解決，甲板上浪、外飄沖擊力、首尾砰擊等問題便是明顯的例子．由于忽略了非線性載荷，預(yù)報(bào)值和實(shí)際值之間有很大的差距。以上問題表明了非線性問題的重要性，在船運(yùn)動(dòng)和載荷計(jì)算過程中必須考慮這些非線性因素。另外一個(gè)同樣突出的問題是船舶的三維性，在對(duì)水線下船體表面動(dòng)態(tài)壓力的分析中，

22、分別利用線性的二維方法和三維方法計(jì)算，二者存在較大的差距。</p><p>　　船在波浪中運(yùn)動(dòng)的非線性因素主要可分為兩大類，一是由水動(dòng)力載荷的復(fù)雜性和大幅橫搖運(yùn)動(dòng)引起的不可忽略的非線性；二是由不同運(yùn)動(dòng)形式之間的藕合產(chǎn)生，其中影響最大的則是橫搖一縱搖和橫搖一升沉的藕合，形成含有參數(shù)激勵(lì)非線性動(dòng)力系統(tǒng)。這些非線性因素有可能是引起船在某些條件下發(fā)生意外傾覆的重要原因。</p><p>　　大量的

23、船模試驗(yàn)和實(shí)船測(cè)量結(jié)果表明，船在大幅波浪中的波浪載荷呈現(xiàn)明顯的非線性特性。正確反映這一事實(shí)，對(duì)于船體總縱強(qiáng)度計(jì)算有著特別重要的意義。自70年代末期以來，國(guó)外學(xué)者采用“高階理論”或“時(shí)歷模擬”方法，從事非線性波浪載荷的理論研究。近些年國(guó)內(nèi)也相繼開展了這方面的研究工作，并取得了很大的進(jìn)展。然而由于實(shí)際問題的復(fù)雜性，該領(lǐng)域內(nèi)至今仍有許多問題有待進(jìn)一步的探討和解決。在實(shí)際海況中，船運(yùn)動(dòng)受到諸多因素的影響，嚴(yán)重的搖蕩運(yùn)動(dòng)不僅會(huì)影響船舶的運(yùn)營(yíng)效率，

24、甚至?xí)斐山Y(jié)構(gòu)毀損或傾覆失事。研究船在波浪中的搖蕩運(yùn)動(dòng)機(jī)理，主要是為設(shè)計(jì)耐波性能好的船舶提供可靠的依據(jù)。在考慮船舶耐波性的適居性、實(shí)際使用性、生命力的三個(gè)主要評(píng)價(jià)指標(biāo)中，如下指標(biāo)是設(shè)計(jì)者必須考慮和關(guān)心的：六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)速度平均值或特征值、加速度特征值、運(yùn)動(dòng)速度和加速度的極值、甲板淹濕、砰擊和砰擊負(fù)荷、波浪誘導(dǎo)振動(dòng)、船體相當(dāng)梁彎矩、船體撓度、局部波浪負(fù)荷、所需功率的增加、螺旋槳空轉(zhuǎn)和尾軸負(fù)荷、航向穩(wěn)定性，上述指標(biāo)的影響因素非常廣泛，其中

25、每一項(xiàng)都有其專門的技術(shù)和理論，但有一點(diǎn)是肯定的，確定這些因素的臨界狀態(tài)必須研究船舶與海浪的相互影響，也就是說，必須</p><p>　　綜上所述，準(zhǔn)確地對(duì)船運(yùn)動(dòng)中波浪載荷進(jìn)行計(jì)算與研究，對(duì)保證船舶安全性和運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的意義。</p><p>　　1.2 鋼箱筒和振沉技術(shù)概述</p><p>　　鋼箱筒就是由鋼板焊接形成的多組鋼圓筒經(jīng)拼裝焊接頂板形成整體的

26、箱筒型結(jié)構(gòu)。鋼圓筒是由鋼板經(jīng)拼裝卷板焊接形成的大直徑鋼結(jié)構(gòu)圓筒，多組鋼圓筒再經(jīng)拼裝組合焊接頂板形成整體，就成為一組鋼箱筒。根據(jù)圓筒直徑及起重能力和浮運(yùn)穩(wěn)定等多方面的因素來確定組成鋼箱筒的鋼圓筒個(gè)數(shù)，一般24個(gè)鋼圓筒為一組。</p><p>　　工程中使用的鋼箱筒結(jié)構(gòu)為由4個(gè)鋼圓筒拼裝組成的鋼結(jié)構(gòu)體。每個(gè)鋼圓筒直徑為500 mm、高度為8500mm，高度分布從上至下依次為厚度為2mm的鋼板高度3.0m，下面為厚度

27、=10mm的鋼板高度5.5 In。4個(gè)鋼圓筒均勻布置，相鄰鋼圓筒中心間距離為12500mm，4個(gè)鋼圓筒中間為空腔，鋼圓筒中心距離鋼箱筒邊緣為5150mm，形成22800mm x22800 mm的平面區(qū)域。頂蓋板為厚度0mm、長(zhǎng)和寬都為22800mmx22800mm的正方形鋼板。每個(gè)鋼圓筒內(nèi)側(cè)、外側(cè)分別設(shè)置加強(qiáng)肋板增強(qiáng)其剛度。相鄰鋼圓筒間外側(cè)焊接厚度10 mm、寬度為3500mm、高度為7200 mm的鋼板。鋼箱筒結(jié)構(gòu)見圖1。</p

28、><p>　　振動(dòng)沉管新技術(shù)是近幾年來我國(guó)引進(jìn)技術(shù)之一，這項(xiàng)技術(shù)是利用振動(dòng)原理將鋼管或鋼樁沉入地下，并可拔樁，目前，普遍應(yīng)用沉管灌注混凝土樁。應(yīng)用這一技術(shù)，解決了樁基成樁施工中的一些難題，并有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。</p><p>　　1.3 運(yùn)動(dòng)和波浪載荷的概述</p><p>　　在波浪與船舶相互作用問題研究中，通常假定流體是均勻不可壓縮的和無旋的理想勢(shì)流，流

29、場(chǎng)中的速度勢(shì)除應(yīng)滿足Laplace方程外，還應(yīng)滿足非線性的自由表面條件和瞬時(shí)物面條件以及初始條件和輻射條件等。船舶水動(dòng)力求解的困難即源于這些定解條件求解的復(fù)雜性。在微幅波假定下，可將原來非線性的和位置不確定的自由表面條件及物面條件展開成各階多項(xiàng)式。通常所說的線性理論是指上述各邊界條件只考慮到一階的情形；計(jì)及非線性效應(yīng)，在頻域或時(shí)域內(nèi)預(yù)報(bào)船舶運(yùn)動(dòng)和波浪載荷響應(yīng)的切片理論也是目前的發(fā)展方向；另外，三維理論也是目前的一個(gè)發(fā)展方向?？偟膩碚f，目

30、前在波浪誘導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)和載荷響應(yīng)的預(yù)報(bào)方面，需要把航速、船體幾何和水動(dòng)力非線性聯(lián)立起來進(jìn)行發(fā)展。第24屆ITTC會(huì)議所指出的：作為一個(gè)自然的發(fā)展趨勢(shì)，船舶水動(dòng)力學(xué)的發(fā)展方向是從頻域轉(zhuǎn)向時(shí)域、從切片理論轉(zhuǎn)向完全三維理論、從線性轉(zhuǎn)向非線性以及從勢(shì)流轉(zhuǎn)向粘流。 </p><p>　　第l6屆ISSC會(huì)議指出：盡管線性切片理論基于的假設(shè)相對(duì)簡(jiǎn)單且粗糙，但它仍被使用了超過半個(gè)世紀(jì)。即使今天在水動(dòng)力學(xué)方面有著朝三維方法發(fā)展的明顯

31、趨勢(shì)，切片理論，無論是線性的還是非線性的，仍然被廣泛使用。 </p><p>　　我們知道，頻域理論和時(shí)域理論是研究船舶運(yùn)動(dòng)的二個(gè)重要手段。相對(duì)來說，頻域發(fā)展的歷史比較長(zhǎng)，在工程上應(yīng)用較多。其頻域的理論體系使得不規(guī)則波中極值預(yù)報(bào)和疲勞損傷預(yù)報(bào)更加直觀和方便，然而，當(dāng)在船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中考慮極端海況和最大生命期載荷等本質(zhì)上是非線性的問題時(shí)，線性切片理論存在著難以逾越的障礙。隨著船舶運(yùn)動(dòng)的非線性效應(yīng)逐漸引起人們的注意

32、，一些學(xué)者沿著實(shí)用化的道路對(duì)切片理論進(jìn)行了非線性的推廣。對(duì)于船舶運(yùn)動(dòng)的非線性效應(yīng)常用時(shí)域分析方法，相對(duì)頻域方法，時(shí)域分析可以方便地處理瞬態(tài)問題、時(shí)歷響應(yīng)及船體大幅度運(yùn)動(dòng)時(shí)的非線性運(yùn)動(dòng)問題。</p><p>　　盡管關(guān)于時(shí)域計(jì)算的某些基本原理及其理論基礎(chǔ)提出并不算晚，但由于受到計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的限制，直到1979年才由荷蘭水池的奧塔默森在計(jì)算機(jī)上付諸實(shí)現(xiàn)?？魉沟睦碚撝饕腔诿}沖響應(yīng)的概念，把任一船體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間歷經(jīng)

33、看作由一系列瞬時(shí)的小脈沖運(yùn)動(dòng)組成，同時(shí)波浪力也可看作是一系列脈沖響應(yīng)的線性迭加，從而建立起運(yùn)動(dòng)微分方程。1964年，奧格維將卡明斯的思想推廣到了有航速的情形，1967年魏浩森重新表達(dá)了無航速船舶運(yùn)動(dòng)的初邊值問題，并應(yīng)用自由面Green函數(shù)導(dǎo)出相應(yīng)的積分方程，使這一思想趨于完善。在奧塔默森實(shí)現(xiàn)了船舶時(shí)域計(jì)算后，1979年查普曼推廣了卡明斯的方法，在線性理論的前提下，用以計(jì)算二維物體大振幅的瞬態(tài)運(yùn)動(dòng)，1981年又進(jìn)而推廣到三維有航速的情況。

34、時(shí)域Green函數(shù)數(shù)值計(jì)算方法研究的深入和大容量高速度計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，使三維線性時(shí)數(shù)值計(jì)算也成為可能，例如：Beck Liapis(1985，1987)分別對(duì)零速和有航速情形進(jìn)行了輻射問題的數(shù)值計(jì)算，King，Beck and Magee (1988)，張亮和戴遺山( 1992)分別提出了繞射問題的處理方法，并進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。還有大量研究體現(xiàn)在基于時(shí)域理</p><p>　　三維水動(dòng)力理論研究的方法主要為自由面Gr

35、een函數(shù)方法和Rankine源方法(包括時(shí)域和頻域)。隨著三維水動(dòng)力理論的日臻完善，世界上主要船級(jí)社和某些科研院校相繼開發(fā)了相應(yīng)的水動(dòng)力分析軟件。較為典型的有：挪威船級(jí)社的SESAM/WADAM、SESAM/WASIM，WADAM是基于三維頻率的船舶運(yùn)動(dòng)和波浪載荷預(yù)報(bào)模塊，主要解決零航速浮體(海洋工程結(jié)構(gòu)物)的預(yù)報(bào)，WASIM是DNV 2002年推出的基于三維時(shí)域Rankin。</p><p>　　SESAM/

36、WADAM程序的核心模塊，源自于WAMIT程序，挪威船級(jí)社在其基礎(chǔ)上加入了適用于小尺度結(jié)構(gòu)波浪載荷計(jì)算的莫里森方法。為了便于軟件的使用，挪威船級(jí)社還開發(fā)了具有圖形用戶界面的前置處理程序HydroD，可非常方便地進(jìn)行水動(dòng)力分析參數(shù)的定制。WADAM分析結(jié)束后，還可直接調(diào)用后置處理程序POSTRESP，完成浮體在不規(guī)則波中響應(yīng)的短期預(yù)報(bào)和長(zhǎng)期預(yù)報(bào)。近年來，SESAM/WADAM程序?yàn)榻鉀Q工程實(shí)際問題作了很多努力。為了計(jì)及“船”形浮體橫搖運(yùn)動(dòng)

37、的黏性阻尼效應(yīng)，該程序提供了輸入臨界阻尼和定義橫搖阻尼模型兩種處理方式；為了節(jié)省計(jì)算時(shí)間，可根據(jù)浮體幾何對(duì)稱性簡(jiǎn)化計(jì)算；通過定義莫里森模型，計(jì)算小尺度結(jié)構(gòu)的波浪載荷；可根據(jù)網(wǎng)格數(shù)多少，選擇合適的線性方程組求解方法；根據(jù)特定需求，人工輸入質(zhì)量、阻尼和剛度矩陣；采用擴(kuò)展的邊界積分方法去除不規(guī)則頻率現(xiàn)象；二階定常力計(jì)算有近場(chǎng)方法和遠(yuǎn)場(chǎng)方法可供選擇。特別是SESAM/WADAM程序可與SESAM/ SESTRA程序(結(jié)構(gòu)分析程序)無縫銜接，自動(dòng)

38、完成波浪載荷的加載，節(jié)省了手工加載工作。</p><p>　　值得注意的是，近二、三十年來，在造船界出現(xiàn)了船舶水彈性力學(xué)的理論模式，它統(tǒng)一處理船舶作為彈性體在水中的受力、運(yùn)動(dòng)和變形問題。水彈性力學(xué)是從五十年代考慮聲波引起的結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)問題中發(fā)展起來的，近年來，船舶水彈性力學(xué)成為各國(guó)學(xué)者研究的熱點(diǎn)，從方法到程序以及試驗(yàn)研究都發(fā)展迅猛。浮體水彈性力學(xué)將浮體結(jié)構(gòu)力學(xué)和浮體水動(dòng)力學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來，為評(píng)估柔性浮體結(jié)構(gòu)的總體

39、性能提供了一個(gè)更具一致性和合理性的方法。線性水彈性理論已發(fā)展得較為成熟。線性理論著重研究小運(yùn)動(dòng)浮體及在流體中的結(jié)構(gòu)頻率特征處于波頻范圍內(nèi)或大于波頻頻段的彈性體。但在高海況條件下浮體作大幅運(yùn)動(dòng)時(shí)其剛體運(yùn)動(dòng)引起的二階力及瞬時(shí)濕表面變化引起的二階流體力可能對(duì)浮體產(chǎn)生較大的非線性影響。另外，當(dāng)海洋浮體的尺度增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過常規(guī)船舶的尺度時(shí)，他們的低頻特征十分顯著，在波浪中的運(yùn)動(dòng)也會(huì)不同于一般的浮體。在這些情況下，就有必要研究二階及高階波浪力對(duì)浮體

40、水彈性響應(yīng)的影響。值得一提的是，由于船舶及海洋工程所處的流體有一些不同于聲介質(zhì)的特殊問題，使之在聲介質(zhì)中的水彈性分析方法不能現(xiàn)存地搬到船舶中來，正因?yàn)檫@些特殊性，解決船舶水彈性問題更多的困難在流體方面及禍合</p><p>　　1.4 SESAM軟件的簡(jiǎn)介說明</p><p>　　SESAM是挪威船級(jí)社（DNV）針對(duì)海洋平臺(tái)、船舶等海上結(jié)構(gòu)物開發(fā)的一個(gè)大型有限元程序系統(tǒng)。它具有強(qiáng)大的前

41、后處理能力，能直接計(jì)算海洋波浪載荷，其有限元模塊的單元類型豐富，可以對(duì)各種結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析處理。該系統(tǒng)主要包括建立有限元模型的前處理器、流體靜力與動(dòng)力分析程序及顯示計(jì)算結(jié)果的后處理器等四個(gè)部分。其中WADAM模塊和WASIM模塊主要進(jìn)行水動(dòng)力計(jì)算，WADAM是基于三維頻率的船舶運(yùn)動(dòng)和波浪載荷預(yù)報(bào)模塊，解決零航速浮體（海洋工程結(jié)構(gòu)物）的預(yù)報(bào)，它可以對(duì)各種船型、船速進(jìn)行計(jì)算和預(yù)報(bào)，其外載荷可以轉(zhuǎn)換為有限元進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。</p>&

42、lt;p>　　其主要特點(diǎn)是：高效率的交互式圖形前處理器簡(jiǎn)化了有限元模型建立，節(jié)省了大量人工準(zhǔn)備數(shù)據(jù)的時(shí)間；計(jì)算船舶波浪載荷程序可計(jì)算船舶在波浪中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的各種外力載荷，并可直接傳遞到結(jié)構(gòu)有限元模型上；結(jié)構(gòu)分析程序可解決各種結(jié)構(gòu)在個(gè)種類型載荷下的應(yīng)力問題，應(yīng)用多層次超單元技術(shù)求解；交互式和圖形后處理不僅可提供靈活的多方面圖形以顯示計(jì)算結(jié)果，而且提供了用語作最終評(píng)估的程序。該系統(tǒng)在不同程序模塊之間的數(shù)據(jù)自動(dòng)傳遞是通過界面文件實(shí)現(xiàn)，使數(shù)

43、據(jù)傳遞非常靈活而有效。</p><p>　　在建立整船有限元分析時(shí)，由于SESAM系統(tǒng)是應(yīng)用超單元子結(jié)構(gòu)法，因此在劃分結(jié)構(gòu)分段時(shí)除了根據(jù)船體結(jié)構(gòu)自身特點(diǎn)外，還應(yīng)充分考慮各級(jí)子結(jié)構(gòu)能更方便地劃分與裝配，以節(jié)省人工的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及解題的機(jī)時(shí)消耗。為了使船體各部分結(jié)構(gòu)得到較好的模擬，有限元類型的選取應(yīng)根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的受力特性分別選取不同的有限元類型。由于整船結(jié)構(gòu)有限元模型需模擬的船體結(jié)構(gòu)非常多，必須把結(jié)構(gòu)模擬簡(jiǎn)化，不可能把所

44、有的構(gòu)件的細(xì)節(jié)都進(jìn)行模擬，有些結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)對(duì)船體整體強(qiáng)度，尤其對(duì)船體舯部影響不大時(shí)，就應(yīng)該做必要的簡(jiǎn)化，以節(jié)省人工數(shù)據(jù)準(zhǔn)確及計(jì)算機(jī)計(jì)算時(shí)間。</p><p>　　1.5 課題研究背景及內(nèi)容</p><p>　　傳統(tǒng)的船體結(jié)構(gòu)分析分為兩部分，一是全船總縱強(qiáng)度的簡(jiǎn)化分析，二是船體局部強(qiáng)度分析。在總強(qiáng)度分析中，將船體簡(jiǎn)化為一根等效梁，復(fù)雜的船體變成一條一維尺度的直線，而載荷也全部集中到這條代表剖面

45、縱軸的直線上，為得到強(qiáng)力構(gòu)件的內(nèi)力，采用了應(yīng)力合成的方法，即將構(gòu)件的內(nèi)力分為總彎曲應(yīng)力和板架彎曲應(yīng)力，分別計(jì)算后再進(jìn)行合成。然而，實(shí)際的船體結(jié)構(gòu)是一個(gè)很復(fù)雜的三維箱形結(jié)構(gòu)，其受力是相當(dāng)復(fù)雜的，特別是波浪載荷的不確定性。</p><p>　　對(duì)于鋼箱筒振沉專用船，由于其自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，需要有一種能夠考慮非等值結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)響應(yīng)的精確的船體梁分析方法，目前，國(guó)內(nèi)外主要發(fā)展以薄壁梁理論為基礎(chǔ)的有限梁方法。薄壁梁理論在前期設(shè)計(jì)

46、階段可以起到一定的作用，但是，對(duì)于波浪載荷，薄壁梁理論采用確定性的方法；而波浪載荷是隨機(jī)性的，因此這些由薄壁梁理論所得到的結(jié)果有很大的局限性，不能對(duì)船體的各個(gè)部分給出較詳細(xì)和準(zhǔn)確的應(yīng)力分布，往往有較大的誤差。</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，全船有限元分析技術(shù)使船體總強(qiáng)度分析有了革命性的突破。全船有限元分析法將全船各主要構(gòu)件按其受力狀況分別以膜、殼、梁、析條等單元來表達(dá)，可以較真實(shí)地表達(dá)出全船結(jié)構(gòu)

47、的剛度特性，通過有限元分析求解，可以求出各主要構(gòu)件的實(shí)際變形與應(yīng)力。采用全船有限元分析法和波浪載荷的直接計(jì)算可以進(jìn)一步提高計(jì)算結(jié)果的可信度。</p><p>　　本文主要運(yùn)用了MSC PATRAN建立鋼箱筒振沉專用船的模型以及采用挪威船級(jí)社(DNV)的SESAM (Super Element Structure Analysis Modules)軟件系統(tǒng)對(duì)鋼箱筒振沉專用船外殼建立有限元模型，進(jìn)行全船彎扭強(qiáng)度分析，

48、包括對(duì)其進(jìn)行了波浪統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)，確定設(shè)計(jì)波，計(jì)算船體應(yīng)力分布。</p><p><b>　　主要內(nèi)容有：</b></p><p>　　(1)整理鋼箱筒振沉船的圖紙和資料，分析其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用patran建立全船模型，包括幾何模型、有限元模型、流體動(dòng)力計(jì)算模型和質(zhì)量模型，然后將全船模型導(dǎo)入HYDROD中。</p><p>　　(2)利用挪威船級(jí)社(D

49、NV)的SESAM軟件系統(tǒng)的波浪載荷分析與響應(yīng)計(jì)算子模塊WADAM，計(jì)算全船在一系列規(guī)則波上的流體動(dòng)力載荷，包括動(dòng)壓力在濕表面上的分布及其對(duì)指定截面的積分，形成載荷傳遞函數(shù)。</p><p>　　(3)根據(jù)規(guī)范和指導(dǎo)性文件，利用上面得出的傳遞函數(shù)，以及挪威船級(jí)社(DNV)的SESAM軟件系統(tǒng)的進(jìn)行計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)處理的交互式圖形后處理器POSTRESP，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理和預(yù)報(bào)。通過長(zhǎng)期預(yù)報(bào)，確定設(shè)計(jì)波。<

50、/p><p>　　(4)對(duì)于每一設(shè)計(jì)波，利用挪威船級(jí)社(DNV)的SESAM軟件系統(tǒng)的用于線性靜力和動(dòng)力結(jié)構(gòu)分析的子模塊SESTRA對(duì)全船結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算求解。</p><p>　　(5)利用挪威船級(jí)社(DNV)的SESAM軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理器PREPOST和有限元分析圖形處理器，對(duì)其結(jié)果以圖形方式顯示出來，分析全船或局部有限元模型及其應(yīng)力分布狀況。</p><p>　

51、　1.6 本文的主要研究?jī)?nèi)容</p><p>　　在實(shí)際海況中，船舶運(yùn)動(dòng)受到諸多因素的影響，嚴(yán)重的搖蕩運(yùn)動(dòng)不僅會(huì)影響船舶的運(yùn)營(yíng)效率，甚至?xí)斐山Y(jié)構(gòu)毀損或傾覆失事。研究船舶在波浪中的搖蕩運(yùn)動(dòng)機(jī)理，主要是為設(shè)計(jì)耐波性能良好的船舶提供可靠的依據(jù)。在船舶耐波性的適居性、實(shí)際使用性、生命力的三個(gè)主要評(píng)價(jià)指標(biāo)中，如下指標(biāo)是設(shè)計(jì)者必須考慮和關(guān)心的：六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)速度平均值或特征值、加速度特征值、運(yùn)動(dòng)速度和加速度的極值、甲板淹

52、濕、砰擊和砰擊負(fù)荷、波浪誘導(dǎo)振動(dòng)、船體相當(dāng)梁彎矩、船體撓度、局部波浪負(fù)荷、所需功率的增加、螺旋槳空轉(zhuǎn)和尾軸負(fù)荷、航向穩(wěn)定性，上述指標(biāo)的影響因素非常廣泛，其中每一項(xiàng)都有其專門的技術(shù)和理論，但有一點(diǎn)是肯定的，確定這些因素的臨界狀態(tài)必須研究船舶與海浪的相互影響，也就是說，必須對(duì)船舶在波浪上的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行研究。因此，準(zhǔn)確地對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究、預(yù)報(bào)，為保證船舶安全性和運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的意義。</p><p>　　本文

53、使用SESAM/WADAM軟件為鋼箱筒振沉船直接結(jié)構(gòu)計(jì)算作了大量準(zhǔn)備工作。該軟件由挪威船級(jí)社(DNV)開發(fā)，是一套比較先進(jìn)而且使用簡(jiǎn)便的分析軟件，主要進(jìn)行水動(dòng)力計(jì)算，它可以對(duì)各種船型、船速進(jìn)行計(jì)算和預(yù)報(bào)。主要計(jì)算功能包括：</p><p>　　1、總體響應(yīng)：剛體運(yùn)動(dòng)、剖面力和力矩；</p><p>　　2、船體壓力：指定點(diǎn)壓力、全船的總壓力分布；</p><p>　

54、　3、外載荷自動(dòng)轉(zhuǎn)換為有限元進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析：線性分析中的頻域載荷、非線性分析中的載荷時(shí)歷。</p><p>　　采用SESEAM軟件計(jì)算鋼箱筒振沉船的波浪載荷預(yù)報(bào)，最重要的工作就是怎樣正確無誤的采用patran建立鋼箱筒振沉船的有限元模型，并且要進(jìn)行波浪載荷的加載，這也是軟件分析中的最主要的工作。為了做好這個(gè)工作，首先我要通過學(xué)習(xí)有關(guān)資料進(jìn)一步掌握有關(guān)載荷預(yù)報(bào)的原理以及熟悉SESEAM有限元分析軟件，然后建立船體外

55、殼的有限元模型，進(jìn)而平臺(tái)的水動(dòng)力計(jì)算，并和規(guī)范算出的結(jié)果做對(duì)比，最后進(jìn)行結(jié)果分析。另外，整個(gè)過程還需要進(jìn)行完善。</p><p>　　第一階段：學(xué)習(xí)和消化使用WADAM軟件的基礎(chǔ)上，計(jì)算一實(shí)船三維線性運(yùn)動(dòng)和波浪載荷以及三維非線性運(yùn)動(dòng)和波浪載荷；</p><p>　　第二階段：計(jì)算結(jié)果分析，并包括對(duì)其中的非線性因素進(jìn)行分析。</p><p><b>　　二、

56、 基本理論</b></p><p><b>　　2.1 前言</b></p><p>　　為計(jì)算海洋工程結(jié)構(gòu)物所受的波浪力，就要知道它所處海域的波浪形式和特點(diǎn)。波浪理論就是用流體力學(xué)的基本規(guī)律揭示水波運(yùn)動(dòng)的內(nèi)在本質(zhì)，如波浪場(chǎng)中的水質(zhì)點(diǎn)速度分布和壓力分布等，為海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)時(shí)研究作用在結(jié)構(gòu)物上的波浪力，波浪引起的結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)等提供理論基礎(chǔ)。波浪理論也已得到廣

57、泛的研究，主要有線性理論和非線性理論，線性波浪理論(Airy波)是假定波浪振幅足夠小，這樣就可以基本忽略非線性項(xiàng)而得到速度勢(shì)的近似解。但海洋中實(shí)際波浪的波幅一般是有限的，有時(shí)能達(dá)到較大的數(shù)值，所以要考慮波動(dòng)自由表面引起的非線性影響?，F(xiàn)今的非線性波理論主要有斯托克斯(Stokes)波理論、橢圓余弦波理論、駐波理論、流函數(shù)波理論等。以下主要介紹作為基礎(chǔ)的線性波浪理論和本論文重點(diǎn)應(yīng)用的Stokes五階波理論和隨機(jī)波浪譜。</p>

58、<p>　　2.2 基本方程和控制條件</p><p>　　2.2.1 波浪理論</p><p>　　如圖2-01表示一在海底平坦、光滑、靜水深度為d的海域向前傳播的波浪。設(shè)波浪傳播方向?yàn)閤正向，垂直向上方向z正向，坐標(biāo)原點(diǎn)位于海底。假設(shè)流體為理想流體，即無粘、無旋并且不可壓縮。此外，還假定波浪在傳播過程中保持其形態(tài)不變，其運(yùn)動(dòng)是二維的。</p><p&g

59、t;　　在圖2-01中，從波峰至波谷的垂直距離H稱為波高。兩個(gè)相鄰波峰的距離L稱為波長(zhǎng)，兩個(gè)相鄰波峰經(jīng)過一特定點(diǎn)的時(shí)間間隔T稱為波浪的周期。設(shè)c為波浪的傳播速度，。此外，也常使用波浪的圓頻率及波數(shù)兩個(gè)參數(shù)。</p><p>　　圖2-01 波浪的傳播簡(jiǎn)圖</p><p>　　任一波浪都可由H、L(或T)、d確定，并可按不同的波浪理論確定水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。設(shè)理想流體的速度勢(shì)為，為任一點(diǎn)的位置及時(shí)

60、間的函數(shù)，記為。應(yīng)滿足Laplace方程。</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　并應(yīng)滿足下列邊界條件：</p><p>　　1、海域底部的運(yùn)動(dòng)邊界條件</p><p>　　在海底上的流體質(zhì)點(diǎn)不能超過固體邊界，只能沿著邊界的切線方向運(yùn)動(dòng)，即在z=-d處垂直于固體邊界的法向速度為零，即<

61、/p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　2、自由表面的運(yùn)動(dòng)邊界條件</p><p>　　自由表面的流體質(zhì)點(diǎn)必須始終留在自由表面上，而不能離開這自由表面，或者說處于自由表面的水質(zhì)點(diǎn)的垂直于該表面的速度，等于自由表面在該方向的運(yùn)動(dòng)速度。</p><p><b>　　表示如下：</b>

62、;</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　3、自由表面的動(dòng)力邊界條件</p><p>　　若不計(jì)表面張力，則自由表面上的壓強(qiáng)P必定等于大氣壓強(qiáng)，波表面的大氣壓力應(yīng)為常數(shù)。因此把貝努利方程式應(yīng)用到自由表面處，得到自由表面的動(dòng)力邊界條件為：</p><p><b>　　(2-4)<

63、;/b></p><p>　　4、波浪的周期性條件:</p><p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　盡管(2-1)至式(2-5)的假定，特別是關(guān)于無海流，海底平坦，二維波浪與波形不變的假定與實(shí)際情況有一定的出入，但這些假定仍然在各種波浪理論中采用。所以對(duì)它們可能產(chǎn)生的影響常需分別進(jìn)行研究。此外無旋的假定，除在海底及自

64、由表面的邊界層以外，一般是成立的。</p><p>　　從上述可以看出要想精確求解出波浪的速度勢(shì)是非常困難的:一是自由表面條件的非線性，表現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)邊界條件式(2-3)和動(dòng)力邊界條件式(2-4)所含的乘積項(xiàng)和平方項(xiàng)；二是這些條件僅在自由表面上滿足，而本身又是未知量，就使得拉普拉斯方程的求解區(qū)域也是可變的。這就是至今還不能建立起一種波浪理論可普遍適用于各種水深、波高和波長(zhǎng)的海況條件的原因。</p>&l

65、t;p>　　鑒于對(duì)上述各種非線性關(guān)系式求解的困難，必須進(jìn)一步作出一些假定來簡(jiǎn)化這些關(guān)系式，從而建立起幾種確定性的波浪理論以適用于各自特定的海況條件。</p><p>　　2.2.2斯托克斯波理論</p><p>　　線性波浪理論形式簡(jiǎn)單，使用方便。但線性波理論有其局限性，它只是在假設(shè)波幅足夠小條件下的非線性波浪運(yùn)動(dòng)邊值問題的第一次近似解，特別是在考慮海洋結(jié)構(gòu)物的生存條件時(shí)，線性波浪理

66、論常不適用。所以為尋求有限波幅條件下方程的非線性解，長(zhǎng)期以來許多學(xué)者作了大量的研究。其中英國(guó)流體學(xué)家Stokes于1883年發(fā)展的有限幅波理論占重要地位，在海洋工程設(shè)計(jì)中常常采用。這就是所謂的斯托克斯波浪理論。</p><p>　　Stokes根據(jù)勢(shì)波理論在推演中考慮了波陡的影響，證明波面不再為簡(jiǎn)單的余弦形式，而是呈波峰較窄而波谷較寬的接近于擺線的形狀，這是和實(shí)際余波的波面頗為相近的。此外，水質(zhì)點(diǎn)不是簡(jiǎn)單地沿著封

67、閉的軌道運(yùn)動(dòng)，而是沿著在波浪傳播方向上有一微小的純位移的近似于圓或橢圓的軌道上運(yùn)動(dòng)。波浪運(yùn)動(dòng)中伴隨有“質(zhì)量的遷移”的這一情況，也是符合于波浪運(yùn)動(dòng)的實(shí)際現(xiàn)象的。所謂的Stokes波是用有限個(gè)簡(jiǎn)單的頻率成比例的余弦波來逼近具有單一周期的規(guī)則的有限振幅波。</p><p>　　為解決自由表面邊界條件的非線性問題，假定速度勢(shì)可按某一小參量攝動(dòng)展開:</p><p><b>　　(2-6)

68、</b></p><p>　　因?yàn)椴ǚ邢?，與相關(guān)的其他變量如等，亦可作相同的小參數(shù)攝動(dòng)展開:</p><p><b>　　(2-7)</b></p><p>　　由于小參數(shù)的作用，式(2-6)及(2-7)中的后一項(xiàng)都小于前一項(xiàng)，且式中每一及都滿足Laplace方程(2-1)及邊界條件;</p><p>&l

69、t;b>　　(2-8)</b></p><p><b>　　(2-9)</b></p><p>　　盡管假定每一個(gè)都滿足自由表面條件，但處理其平方及乘積非線性項(xiàng)仍是一個(gè)困難問題。自由表面總是在靜水面附近。將在自由表面處用Taylor級(jí)數(shù)展開為</p><p><b>　　(3-0)</b></p&g

70、t;<p>　　將上式代入自由表面邊界條件(2-3)及(2-4)，可得</p><p><b>　　(3-1) </b></p><p><b>　　(3-2)</b></p><p>　　將小參數(shù)攝動(dòng)展開的表達(dá)式(2-6)及(2-7)代入上兩式，并按小參數(shù)的冪次整理合并，得</p><p

71、><b>　　(3-3)</b></p><p><b>　　(3-4)</b></p><p>　　由于為小于1的常數(shù)，上兩式僅當(dāng)?shù)母黜?xiàng)系數(shù)為零才成立。于是產(chǎn)生一系列獨(dú)立于的偏微分方程組: </p><p><b>　　一階:</b></p><p><b>

72、　　(3-5)</b></p><p><b>　　(3-6)</b></p><p><b>　　二階: </b></p><p><b>　　(3-7)</b></p><p><b>　　(3-8)</b></p><

73、p>　　由表面邊界條件(3-7)、(3-8)式可以看出，在Stokes高階波勢(shì)的邊界條件中包含了低階勢(shì)的結(jié)果，因此求解高一階的勢(shì)必須首先求得低階的結(jié)果。階數(shù)越高，求解越繁，通常將解至n階的結(jié)果稱為Stokes n階波的計(jì)算公式。</p><p>　　2.3 總體響應(yīng)分析</p><p>　　總體響應(yīng)對(duì)Wadam計(jì)算功能的反應(yīng)在固定及浮動(dòng)結(jié)構(gòu)的波浪載荷。計(jì)算結(jié)果反應(yīng)傳遞函數(shù)假設(shè)剛體。

74、總體矩陣的數(shù)據(jù)結(jié)果，截面負(fù)荷和離體運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，可產(chǎn)生結(jié)果可以betransferred統(tǒng)計(jì)后置Postresp圖形說明和進(jìn)一步的處理結(jié)果通過成果接口文件。統(tǒng)計(jì)后處理Postresp包括統(tǒng)計(jì)分析的傳遞函數(shù)，包括計(jì)算反應(yīng)譜以及短期和長(zhǎng)期的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。Postresp還包括選擇計(jì)算的運(yùn)動(dòng)方程，從總體矩陣整體轉(zhuǎn)移到Wadam 。總體響應(yīng)分析，對(duì)系統(tǒng)構(gòu)成的水文模型和質(zhì)量模型。后者只要求假設(shè)系統(tǒng)指定的浮動(dòng)、附加系泊和紐帶剛度特性也可提供浮動(dòng)制度。水文

75、模型包括任何一個(gè)小組模型，莫里森模型建造梁?jiǎn)卧蚪M合這兩個(gè)模型類型。水文模型代表不同類型的靜水和動(dòng)力負(fù)載。大規(guī)模模型時(shí)，需要總體作出反應(yīng)分析包括計(jì)算水動(dòng)力。大規(guī)模模型可被定義為有限元模型的大規(guī)模每個(gè)有限元有助于機(jī)構(gòu)質(zhì)量矩陣，也稱為全船質(zhì)量矩陣?；蛘叽笠?guī)模模型可直接指定輸入全船質(zhì)量矩陣。</p><p>　　2.3.1波浪荷載計(jì)算</p><p>　　Wadam計(jì)算出波浪誘導(dǎo)在指定的波的頻率

76、和角度的之一 。 以下三種計(jì)算方法： ?莫里森方程適用于莫里森模型 ?在MacCamy -富克斯公式適用于莫里森模型 ?潛在的理論應(yīng)用到面板模型 ?在其中的一種方法莫里森方程和潛在的理論既適用于計(jì)算流體力學(xué)負(fù)載在同一水文模型。這種計(jì)算方法限制了水文模型建立或者非耦合莫里森和小組模式。 隨著復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的浪潮中莫里森方程可以隨意進(jìn)行修改，以考慮到衍射波場(chǎng)，由于存在一個(gè)小組參加了水力模型。雙模式有兩個(gè)目的。它提

77、供了一個(gè)機(jī)制，以粘性力拖制莫里森的方程阻尼條件計(jì)算出來的潛在的理論。它還提供了一種機(jī)制來計(jì)算流體力學(xué)壓力負(fù)荷模型的小組，并隨后代表這些負(fù)載線荷載梁?jiǎn)卧慕Y(jié)構(gòu)模型。 該項(xiàng)議案的答復(fù)為水文模型，通過求解的運(yùn)動(dòng)方程的一組波頻率和標(biāo)題角度。該剛體附加質(zhì)量，阻尼和恢復(fù)使用的矩陣的運(yùn)動(dòng)方程，可以計(jì)算得出的莫里森方程，潛在的理論或綜合方法如上所述。除了頻率依賴附加質(zhì)量矩陣這些矩陣可或者直接指定的用戶。</p><p>　　2.

78、3.2總體響應(yīng)的結(jié)果</p><p>　　波誘誘導(dǎo)和時(shí)刻運(yùn)動(dòng)反應(yīng)計(jì)算與Wadam報(bào)告的議案參考點(diǎn)位于相交仍然水位和垂直線，通過共同起源的模型中使用的分析。結(jié)果可從總體反應(yīng)分析水文模型包括傳遞函數(shù)為：?力量和時(shí)刻?運(yùn)動(dòng)反應(yīng)?斷面負(fù)荷?剛體矩陣?離體運(yùn)動(dòng)學(xué)?表面高低</p><p>　　2.4 詳細(xì)的計(jì)算荷載的結(jié)構(gòu)模型</p><p>　　詳細(xì)負(fù)荷計(jì)算功能

79、提供了工具，自動(dòng)將波浪載荷從流體力學(xué)有限元分析到負(fù)載的結(jié)構(gòu)分析。 雙方靜水和動(dòng)水荷載的結(jié)構(gòu)模型可以計(jì)算出來的。結(jié)果，這可能既是有限的壓力負(fù)荷和節(jié)點(diǎn)負(fù)載，將被轉(zhuǎn)移到負(fù)載接口文件隨后線性靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析Sestra .Wadam還轉(zhuǎn)讓環(huán)境信息和負(fù)荷情況下編號(hào)信息Sestra在一個(gè)單獨(dú)的文件（的S -文件）。后者是專門為以后的需要隨機(jī)疲勞分析中的應(yīng)用框架三種不同的負(fù)載類型可能產(chǎn)生的Wadam和轉(zhuǎn)移到結(jié)構(gòu)模型。這些是： 靜負(fù)荷力在靜水條件和預(yù)拉伸

80、從停泊和紐帶系統(tǒng)，重力載荷重量的代表結(jié)構(gòu)，水力負(fù)荷力從入射波，部隊(duì)從波誘導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)和剛體加速度，即每一波的頻率和項(xiàng)目。這些貨物可能會(huì)合并成新的負(fù)荷例普雷塞爾。新的聯(lián)合負(fù)荷情況下將被用來在隨后的結(jié)構(gòu)分析和后處理。</p><p>　　2.4.1確定性載荷和詳細(xì)的載荷轉(zhuǎn)移</p><p>　　Wadam還提供了選擇的報(bào)告?zhèn)鬟f函數(shù)的有限元負(fù)載確定性載荷（時(shí)間域）。這是代表指定負(fù)載相位角的入射波與給

81、定波振幅。決定性成果介紹也可一起使用的選項(xiàng)，計(jì)算如下類型的載荷： ?非線性粘性阻力部隊(duì)從莫里森方程的固定結(jié)構(gòu)。 ?壓力載荷達(dá)到瞬時(shí)自由表面。?目前的概況時(shí)不變添加到事件波場(chǎng)計(jì)算中部隊(duì)莫里森的方程。</p><p>　　轉(zhuǎn)讓詳細(xì)載荷大量結(jié)構(gòu)仿照與固體元素進(jìn)行如下： ?靜壓載荷在靜水條件計(jì)算公式為正常壓力的直接殼固體表面元素定義為濕雙方。 ?在動(dòng)水壓力載荷殼或固體分子只能從一個(gè)潛在的理論計(jì)算小組模式。 ?

82、獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)負(fù)載需要莫里森模型用于同小組的模式。更具體地說， 如果載荷錨泊線和系繩須包括在結(jié)構(gòu)體系，莫里森模型包括連接節(jié)點(diǎn)必須創(chuàng)建。</p><p>　　2.4.2載荷轉(zhuǎn)移到模型梁?jiǎn)卧?lt;/p><p>　　轉(zhuǎn)讓載荷細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，例如加載或升降，仿照與梁?jiǎn)卧獔?zhí)行如下： 靜壓載荷在靜水條件是梁?jiǎn)卧凸?jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)模型動(dòng)力荷載計(jì)算的梁?jiǎn)卧凸?jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的莫里森要素。該法的載荷計(jì)算取決于之間的聯(lián)系和水

83、力模型結(jié)構(gòu)模型： 如果水文模型是莫里森模型則動(dòng)水壓力載荷得到了莫里森方程的代表直接線荷載和節(jié)點(diǎn)荷載的梁?jiǎn)卧Ｐ汀?如果水文模型是一個(gè)小組的水動(dòng)力模型然后荷載計(jì)算小組第一的壓力然后轉(zhuǎn)移到莫里森模型根據(jù)小組對(duì)莫里森函數(shù)。在莫里森的因素負(fù)荷隨后派線荷載和節(jié)點(diǎn)荷載的梁模型。</p><p><b>　　2.5 環(huán)境描述</b></p><p>　　該模型在Wadam可能

84、潛在的第一道命令時(shí)，理論和莫里森方程適用暴露平面和線性諧波，即波描述的艾里波理論。二階選擇潛力理論詳細(xì)描述的理論背景。在入射波所指明的任何波長(zhǎng)，波角頻率或波期。該方向入射波指定的角β之間的積極的x軸和宣傳方向。這起事件中使用的Wadam波被界定為</p><p><b>　　(3-9)</b></p><p><b>　　這或可以寫成</b>&l

85、t;/p><p><b>　　(4-1)</b></p><p>　　流體速度和加速度為入射波是：</p><p><b>　　(4-2) </b></p><p><b>　　(4-3) </b></p><p><b>　　(4-4)<

86、/b></p><p><b>　　(4-5) </b></p><p><b>　　d 船深</b></p><p><b>　　k絕對(duì)值波數(shù)</b></p><p><b>　　ω波角頻率</b></p><p>&l

87、t;b>　　A波振幅</b></p><p><b>　　—位置的坐標(biāo)平面</b></p><p><b>　　—二維波數(shù)</b></p><p>　　z垂直配合Z -軸向上，在z=0靜水位</p><p><b>　　β波傳播方向</b></p>

88、<p>　　有限深度色散關(guān)系中使用的上述表現(xiàn)形式是</p><p><b>　　(4-6)</b></p><p><b>　　波浪周期表現(xiàn)為</b></p><p><b>　　(4-7)</b></p><p><b>　　波長(zhǎng)表現(xiàn)為</b&g

89、t;</p><p><b>　　(4-8)</b></p><p>　　Wadam提供的選項(xiàng)，指定時(shí)間不變目前概況的計(jì)算確定莫里森元素力量.當(dāng)前配置文件可能指明了一套沿Z軸的全船坐標(biāo)系統(tǒng).現(xiàn)值在中間口立場(chǎng)到了線性插值.方向的電流在水平面指定在每個(gè)職位。</p><p>　　Wadam提供選項(xiàng)來指定水深。水深中使用兩種不同的計(jì)算階段的程序：

90、?這是用在處理小組模式，刪除所有面板下方的海床。 ?它是計(jì)算中所用的格林函數(shù)有限水深。 </p><p>　　2.6 結(jié)果類型報(bào)告Wadam</p><p>　　當(dāng)進(jìn)行了分析與半導(dǎo)體可飽和吸收鏡使用者必須適用一套一致的單位。同樣的單位在必須使用的所有程序從整個(gè)模型分析的結(jié)果報(bào)告。在這基礎(chǔ)上確定了一套單位是一致的基本方程：</p><p><b>　

91、　(4-9)</b></p><p>　　從基本單位的質(zhì)量模式[ M ] ，長(zhǎng)度[ L ]和時(shí)間[ ? ]這個(gè)方程可以得出：</p><p><b>　　(5-1)</b></p><p>　　力，壓力，密度等，沒有基本的單位和必須源于方面的質(zhì)量單位，長(zhǎng)度和時(shí)間。只要有可能則使用簡(jiǎn)單的SI單位：</p><p&g

92、t;　　[L] 長(zhǎng)度用（m）</p><p>　　[M] 質(zhì)量用 (kg)</p><p>　　[T] 時(shí)間用 (s)</p><p><b>　　力用牛頓表示：</b></p><p><b>　　(5-2)&

93、lt;/b></p><p>　　單體船結(jié)構(gòu)的Wadam報(bào)告結(jié)果對(duì)參考點(diǎn)這是相吻合的起源全船坐標(biāo)系對(duì)多體結(jié)構(gòu)有一個(gè)結(jié)果參考點(diǎn)每個(gè)機(jī)構(gòu)恰逢身體坐標(biāo)系統(tǒng)。</p><p>　　Wadam報(bào)告結(jié)果dimensionalised和非dimensionalised形式如下： ?流體力學(xué)結(jié)果介面文件包含dimensionalised結(jié)果。 ?載荷接口文件包含dimensionalised結(jié)果

94、。</p><p>　　2.6.1傳遞函數(shù)和相位定義</p><p>　　轉(zhuǎn)移職能Wadam描述反應(yīng)的機(jī)構(gòu)諧波。報(bào)告的反應(yīng)正在正?；瘜?duì)入射波振幅。與傳遞函數(shù)的H （ ω ， β ）的相應(yīng)時(shí)間依賴性反應(yīng)變量（ ω ， β ，噸）可表示為</p><p><b>　　(5-3)</b></p><p>　　其中A是振幅傳入波

95、，ω是頻率的傳入波，β描述方向傳入波和T是指時(shí)間。相角φ之間的入射波和隨時(shí)間變化的反應(yīng)是指由</p><p><b>　　(5-4)</b></p><p>　　在那里| H |是振幅傳遞函數(shù)。傳遞函數(shù)和相位角可表示為</p><p><b>　　(5-5)</b></p><p><b>

96、;　　(5-6)</b></p><p>　　不同的反應(yīng)時(shí)間可以或者可以表示為</p><p><b>　　(5-7)</b></p><p>　　Wadam計(jì)算結(jié)果靜水恢復(fù)的水文模型。這是由于尺寸和包括： ?總和流失貨量小組和莫里森部分模型總成交量報(bào)流失一起單獨(dú)捐款小組和莫里森部分。 小組模型報(bào)告的數(shù)量是由三種不同的計(jì)算方法，即

97、從總結(jié)控制在三個(gè)不同的方向。</p><p>　　?該中心的浮力?水面積?在穩(wěn)心高度?全船靜水恢復(fù)矩陣組裝從船體剛度恢復(fù)和額外條款靜水剛度的額外條款包括在水力模型可能包括： ?提升，錨泊線或系繩與莫里森代表停泊或系纜要素?指定直接剛度矩陣的分析，控制數(shù)據(jù)對(duì)于多體模型的靜水恢復(fù)矩陣的每個(gè)機(jī)構(gòu)報(bào)告。</p><p>　　大慣性系數(shù)矩陣是報(bào)告的每個(gè)機(jī)構(gòu)。這是產(chǎn)生根據(jù)輸入定義，因此可以計(jì)

98、算出的是： ?水文模型?結(jié)構(gòu)模型?一個(gè)具體的質(zhì)量模型?輸入定義的慣性質(zhì)量矩陣的基礎(chǔ)上： -指定的重心和半徑回轉(zhuǎn)連同總質(zhì)量-指定全船質(zhì)量矩陣</p><p>　　附加質(zhì)量矩陣的報(bào)告為每個(gè)單獨(dú)的機(jī)構(gòu)。互動(dòng)的附加質(zhì)量矩陣任何兩個(gè)機(jī)構(gòu)之間的多體系統(tǒng)也報(bào)告。附加質(zhì)量矩陣的計(jì)算據(jù)類型的水文模型如下： ?頻率依賴附加質(zhì)量潛在理論?頻率獨(dú)立附加質(zhì)量從莫里森方程的復(fù)合水電的附加質(zhì)量模型在某一特定頻率的報(bào)道與頻率依賴

99、和獨(dú)立的貢獻(xiàn)。</p><p><b>　　2.6.2阻尼矩陣</b></p><p>　　阻尼矩陣報(bào)道為每個(gè)單獨(dú)的機(jī)構(gòu)。潛在的阻尼矩陣互動(dòng)任何兩個(gè)機(jī)構(gòu)之間的多體系統(tǒng)也報(bào)告。阻尼矩陣的計(jì)算類型的水文模型如下： 頻率依賴潛在阻尼理論?頻率獨(dú)立linearised粘性阻尼從莫里森方程?HydroD或Prewad指定的頻率或頻率依賴性獨(dú)立阻尼矩陣的復(fù)合型水力模型的阻尼

100、某一特定頻率的報(bào)告既是頻率依賴和獨(dú)立的貢獻(xiàn)。</p><p>　　轉(zhuǎn)移職能，由于入射波報(bào)告的每個(gè)機(jī)構(gòu)在所有組合的頻率和波標(biāo)題。轉(zhuǎn)移職能剛體部分和時(shí)刻計(jì)算如下： ?整合所有類型的莫里森內(nèi)容從linearised莫里森的方程?集成的壓力對(duì)所有面板通過求解衍射問題?通過應(yīng)用Haskind關(guān)系的輻射潛力，如果沒有詳細(xì)的小組壓力的計(jì)算方法應(yīng)雙和綜合模型類型從莫里森零部件報(bào)告單獨(dú)和聯(lián)合使用在隨后的分析，例如：在運(yùn)動(dòng)方程

101、。 選擇時(shí)域輸出上述結(jié)果將報(bào)告作為決定性力量和時(shí)刻指定階段的入射波與給定波振幅。 固定結(jié)構(gòu)的確定性莫里森選項(xiàng)可用于包括下列非線性影響莫里森方程： ?非線性粘性阻力制定?時(shí)不變目前可疊加的流體速度。 ?可能是計(jì)算到自由面的不斷推直線波的個(gè)人資料。</p><p>　　2.6.3剛體運(yùn)動(dòng)和二階平均漂移力</p><p>　　轉(zhuǎn)移職能剛體運(yùn)動(dòng)由于入射波報(bào)告的每一個(gè)機(jī)構(gòu)的所有組合波頻率和標(biāo)題

102、角度。軋輥，音高和偏航運(yùn)動(dòng)的報(bào)告弧度。</p><p>　　該運(yùn)動(dòng)方程組裝從計(jì)算全船矩陣和傳遞函數(shù)描述中可得到。該HydroD或Prewad指定的阻尼和剛度矩陣將增加矩陣的其他方式計(jì)算。 指定輸出格式時(shí)域動(dòng)議將報(bào)告作為確定在特定的動(dòng)議階段的入射波與給定波振幅。</p><p>　　二階平均漂移力由于線性入射波是既在打印文件，并在流體力學(xué)結(jié)果接口文件。他們的計(jì)算方式是下列方法之一： ?動(dòng)量

103、守恒三個(gè)橫向自由度?壓力一體化的所有六個(gè)自由度。這種方法也將意味著漂移力每個(gè)機(jī)構(gòu)在多體分析職能轉(zhuǎn)移款項(xiàng)和差異頻率報(bào)告的打印文件和流體力學(xué)結(jié)果介面文件。下列二階成果有： ?二次二階壓力?二階壓力對(duì)人體的間接計(jì)算方法?二階壓力對(duì)人體的直接計(jì)算方法?二階壓力分布機(jī)構(gòu) ?二階波海拔在指定點(diǎn)</p><p>　　職能轉(zhuǎn)移的壓力和粒子速度在指定點(diǎn)的流體是既對(duì)打印文件和流體力學(xué)結(jié)果介面文件。流體運(yùn)動(dòng)學(xué)點(diǎn)中指定流體域

104、以外的水文模型。流體運(yùn)動(dòng)學(xué)取決于類型的水文模型： ?它是從事件的干擾波場(chǎng)如果只有莫里森方程的應(yīng)用。 ?它是從衍射波場(chǎng)的潛力，如果理論是適用于一個(gè)固定的結(jié)構(gòu)。 ?它是從輻射和衍射波場(chǎng)的潛力，如果理論應(yīng)用到浮動(dòng)結(jié)構(gòu)。 指定輸出格式時(shí)域流體運(yùn)動(dòng)學(xué)將被報(bào)告為確定性壓力和速度在特定階段的入射波與給定波振幅。 地表海拔η在輻射和衍射波場(chǎng)是從潛在的理論為</p><p><b>　　(5-8)<

105、/b></p><p>　　2.6.4波浪阻尼和分布載荷</p><p>　　阻尼的波浪描述的變化率的平均漂移部隊(duì)前進(jìn)速度計(jì)算在零速度。在簽署這一變動(dòng)率是在大多數(shù)情況下，消極的，也就是說，這將是阻尼機(jī)理緩慢漂移運(yùn)動(dòng)興奮的二階差分頻率部隊(duì)或由于相互作用的波電流。3x3波浪的阻尼矩陣（激增，擺動(dòng)，方向舵）報(bào)道在流體力學(xué)結(jié)果介面文件。計(jì)算的波浪阻尼需要一個(gè)自由曲面網(wǎng)格的定義是完全投入喜歡自

106、由面網(wǎng)格二階分析。網(wǎng)格中使用波浪阻尼計(jì)算但是，并不需要有一個(gè)圓形外邊界。莫里森模型不能用來波浪阻尼，如果要計(jì)算靜壓載荷的結(jié)構(gòu)模型，直接計(jì)算個(gè)人的有限元模型。這是代表的負(fù)載接口文件作為一個(gè)真正的負(fù)載情況。濕梁結(jié)構(gòu)超靜壓載荷案件派線荷載梁有限元和節(jié)點(diǎn)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)接收載荷三維莫里森要素和壓力區(qū)要素。此外，預(yù)拉伸從莫里森錨和TLP內(nèi)容列為交點(diǎn)載荷靜壓載荷情況。重力部分靜態(tài)負(fù)荷僅列為直接加載如果大眾模型指定為分布式質(zhì)量模型。當(dāng)使用其他類型的大規(guī)模模型

107、重力加速只將書面對(duì)荷載接口文件。</p><p>　　濕面殼和固體分子結(jié)構(gòu)模型的靜水荷載派正常的壓力。由于水壓強(qiáng)度是在個(gè)別評(píng)價(jià)的Z坐標(biāo)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的正常壓力，濕因素，雙方將有一個(gè)變化的Z -方向，而不是水動(dòng)力荷載是恒定的每個(gè)元素。 重力部分靜態(tài)載荷包括書面的重力加速度的荷載接口文件。</p><p>　　分布式動(dòng)力荷載計(jì)算于一體的固定坐標(biāo)系統(tǒng)，并包括以下 ： ?力從入射波 ?力從波浪誘導(dǎo)運(yùn)

108、動(dòng) ?脈動(dòng)靜水壓力部隊(duì)由于身體運(yùn)動(dòng) 分布式力中提出Wadam打印的文件是： ?傳遞函數(shù)的壓力了小組在水力模型1 ?傳遞函數(shù)的勢(shì)力在該中心代理的重心二維莫里森和莫里森要素 ?傳遞函數(shù)的交點(diǎn)力代理節(jié)點(diǎn)在水電模型，連接到下面的 莫里森內(nèi)容類型： -三維莫里森要素 -壓力方面的因素 -系泊和TLP要素 -點(diǎn)大規(guī)模要素 分布式負(fù)載轉(zhuǎn)移到負(fù)載接口文件是： ?傳輸功能正常壓力和固體元素的壓力不斷的要素。它們包括靜水壓力波動(dòng)。

109、?傳遞函數(shù)線荷載梁?jiǎn)卧?。這些載荷來自部隊(duì)的中心 重力的2D莫里森子元素和干莫里森要素。?傳遞函數(shù)的載荷在這些節(jié)點(diǎn)連接到莫里森要素 ?加速外地代理所有節(jié)點(diǎn)上的結(jié)構(gòu)模型 ?在慣性元件只列為負(fù)載如果質(zhì)量模型被指定為一個(gè)分布式大規(guī)模 模型。Wadam和結(jié)構(gòu)分析程序Sestra都采用標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體可飽和吸收鏡的有限元圖生成一個(gè)大規(guī)模的代表性。這意味著，加速度之間的聯(lián)系和慣性載荷 一貫處理在這兩個(gè)項(xiàng)目。</p><p>