波浪中浮箱運動與三維液艙晃蕩的耦合研究.pdf

1、當船舶受到波浪作用時會一定幅值的振蕩，如果船舶內裝載液體，這種振蕩運動引起的液艙內流體晃蕩與外部波浪作用會形成耦合效應作用在船體上，該耦合效應可能會導致船舶振蕩幅值的增大而引發(fā)危險情況，也可能對液艙產(chǎn)生較大的沖擊導致結構的破壞。因此，對波浪作用下的船舶運動與液艙晃蕩的耦合效應進行研究是十分必要的。
　　本文對于外部波浪作用采用邊界元方法計算，因為邊界元法計算效率較高。對于液艙內部流體晃蕩采用三維鏡像SPH數(shù)值模型進行模擬，因為SP

2、H方法可以有效模擬波浪破碎。最后，通過脈沖響應函數(shù)方法解運動方程，實現(xiàn)了內外流場相互作用的耦合，并用浮箱模擬船舶成功建立了波浪作用下浮箱運動與液艙晃蕩的耦合數(shù)值模型。
　　通過與其他數(shù)值結果和試驗結果的對比，驗證了本文的數(shù)學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動響應。SPH方法可以直接模擬艙內流體大變形運動情況。相比空載情況，裝液浮箱會在某一特定入射波頻率產(chǎn)生一個運動響應幅值的峰值，這種峰值往往產(chǎn)生在容器內液體自

3、振頻率附近。這種運動幅值峰值的產(chǎn)生主要由液艙內液體晃蕩產(chǎn)生的晃蕩力與浮箱外部波浪作用的激振力的相位差導致。當入射波頻接近但不超過晃蕩液體的最小自振頻率時，上述相位差則達到180°左右，液體晃蕩起抑制方箱運動作用。當入射波頻率超過晃蕩液體的自振頻率時，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動幅值的增大。
　　進而對不同裝液寬度的浮箱進行了研究，結果表明浮箱運動響應幅值的變化趨勢不變，浮箱寬度的增加只是增強了晃蕩力

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