Развитие численных моделей гидродинамики и гидроупругости для задач проектирования корпуса судна

• Автор: Чижиумов, Сергей Демидович
• Шифр специальности: 05.08.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 409 с. : 52 ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Перечень сокращений
ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
1.1. Связь решения поставленной проблемы с целями проектирования судна. Актуальность проблемы
1.1.1. Проблема обеспечения мореходности и предельной прочности судна на волнении
1.1.2. Проблема моделирования слеминга
1.1.3. Проблема вибрационного проектирования
1.2. Постановка задачи
1.2.1. Пути применения численного моделирования в расчётном проектировании корпуса судна
1.2.2. Концепция решения задач анализа
2. ОСНОВНАЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ АНАЛИЗА
2.1. Общая математическая модель анализа динамики судна
2.2. Метод граничных элементов в задаче гидродинамики
2.3. Специальные способы учёта граничных условий в МГЭ
2.4. Некоторые виды граничных элементов. Вычисление интегралов
2.5. Определение матрицы гидродинамических коэффициентов
2.6. Метод модуль-элементов в задачах динамики корпуса судна
2.7. Связь обобщённых координат метода граничных элементов
и метода модуль-элементов
2.8. Проблемы оценки точности численных моделей
2.9. Проектирование на основе численного моделирования

3. ЧИСЛЕННЫЕ МОДЕЛИ ДВИЖЕНИЯ СУДНА НА ВОЛНЕНИИ И НА ТИХОЙ ВОДЕ И ПУТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИ
ПРОЕКТИРОВАНИИ КОРПУСА
ЗЛ. Численное моделирование гравитационных волн
3.2. Моделирование движения судна на волнах заданной формы (анализ во временной области)
3.2.1. Основная постановка задачи
3.2.2. Алгоритм решения задачи
3.2.3. Особенности моделирования волновой поверхности
3.2.4. Интегрирование уравнений движения по времени
3.2.5. Учёт совместности ускорений на смоченной поверхности судна
3.3. Тестовые расчёты и анализ результатов
3.3.1. Корпус Wigley
3.3.2. Танкер
3.4. Определение гидродинамических коэффициентов в задачах линейной качки (анализ в частотной области)
3.5. Модели движения на тихой воде и пути их применения при проектировании формы корпуса
3.6. Методика численного анализа предельных параметров качки
при проектировании корпуса судна
4. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛЕМИНГА КОРПУСА СУДНА И ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ, ИСПЫТЫВАЮЩИХ УДАРЫ О ВОДУ
4.1. Особенности моделирования
4.2. Погружение без учёта влияния воздушной прослойки
4.2.1. Модель с нелинейным условием на свободной поверхности
4.2.2. Модель с линейным условием на свободной поверхности
4.2.3. Способ сокращения вычислительных затрат
4.3. Примеры расчётов
4.4. Удар о воду с учётом воздушной прослойки
4.4.1. Приближённая оценка параметров воздушной прослойки при плоском ударе о жидкость
4.4.2. Численная модель процесса образования воздушной каверны
4.4.3. Численная модель процесса погружения
4.5. Проектирование элементов формы корпуса судна по критериям нагрузок при слеминге
4.5.1. Аналитические модели
4.5.2. Проектирование формы с применением численного моделирования
4.6. Проектирование конструкций днища глиссирующих катеров
по критериям нагрузок при ударах о воду
4.6.1. Оценка кинематических параметров движения
4.6.2. Определение расчётных давлений
4.6.3. Определение допустимых условий эксплуатации конструкций
4.6.4. Проектирование на основе анализа динамической прочности
4.7. Численный анализ возможности применения гофрированного днища для снижения нагрузок при слеминге судна
4.7.1. Результаты численных экспериментов по погружению тел
с вогнутым и гофрированным днищем
4.7.2. Рекомендации по проектированию днищевых перекрытий, подверженных слемингу
5. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОУПРУГОЙ ВИБРАЦИИ КОРПУСА И ВИБРАЦИОННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
5.1. Особенности моделирования
5.2. Вычисление матрицы инерции жидкости
5.3. Собственные колебания

дов в нелинейной постановке" [153, с. 64]. Более того, существуют различные формы записи уравнений качки по линейной теории, дающие существенный разброс результатов [19, 150]. Так, С.О. Слободян на примере расчёта АЧХ продольной качки контейнеровоза показал [140], что этот разброс для кинематических параметров качки может достигать 15 %, а для волнового момента - 45 %.
По результатам расчётов продольной качки нелинейным методом в работе [158] отмечается, что размахн параметров качки действительно приближенно линейны по отношению к высоте волны в изученном диапазоне. По-видимому, это позволило в своё время сделать опрометчивое заключение о полной обоснованности применения линейной теории для определения волновых нагрузок. В действительности же, "как для прочности, так и для мореходности значение имеют как раз асимметричные составляющие (прогиб-перегиб, оголение/заливание оконечностей и др.), которые, как известно, в принципе не определяются в линейной теории качки" [158, с. 12].
Наиболее сильное ограничение линейной теории продольной качки связано с тем, что в реальных штормовых условиях появляются очень крутые волны, которые вызывают значительную качку с оголением и зарыванием в воду оконечностей судна. Именно в таких условиях волновые нагрузки достигают экстремального уровня и оказываются существенно нелинейными по отношению к высотам волн и параметрам качки. Нелинейность особенно усиливается в связи с такими явлениями, как днищевой и бортовой слеминг, волновая вибрация и заливание палубы. В рамках линейного подхода эти нагрузки непосредственно определить невозможно. Учет нелинейности частично выполняется в стандартных расчетах прочности (слеминговые нагрузки). Однако этот учет основан на многих упрощающих задачу предположениях, степень достоверности которых, безус-