CN113715984B - 小水线面双体船总振动简化计算方法 - Google Patents

小水线面双体船总振动简化计算方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113715984B
CN113715984B CN202111097475.3A CN202111097475A CN113715984B CN 113715984 B CN113715984 B CN 113715984B CN 202111097475 A CN202111097475 A CN 202111097475A CN 113715984 B CN113715984 B CN 113715984B
Authority
CN
China
Prior art keywords
ship
hull
small waterplane
simplified
boundary
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111097475.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113715984A (zh
Inventor
张鑫
李江涛
刘见华
崔海鑫
陈林
叶帆
叶曦
郝宁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
708th Research Institute of CSIC
Original Assignee
708th Research Institute of CSIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 708th Research Institute of CSIC filed Critical 708th Research Institute of CSIC
Priority to CN202111097475.3A priority Critical patent/CN113715984B/zh
Publication of CN113715984A publication Critical patent/CN113715984A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113715984B publication Critical patent/CN113715984B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B71/00—Designing vessels; Predicting their performance
    • B63B71/10—Designing vessels; Predicting their performance using computer simulation, e.g. finite element method [FEM] or computational fluid dynamics [CFD]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B1/00—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils
    • B63B1/02—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving lift mainly from water displacement
    • B63B1/10—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving lift mainly from water displacement with multiple hulls
    • B63B1/12—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving lift mainly from water displacement with multiple hulls the hulls being interconnected rigidly
    • B63B1/121—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving lift mainly from water displacement with multiple hulls the hulls being interconnected rigidly comprising two hulls

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种小水线面双体船总振动简化计算方法，在设计初期，将船体支持组件以结构周边为边界，将整个结构板架建为一个单元，弱构件在不改变受力方向情况下将其平移到单元边界，模拟附连水，针对小水线面双体船的布置特点，模拟重量分布，调整结构密度；构建船体简化模型，对船体简化模型进行总振动固有频率的计算，相比常规三维有限元法，需要较少的设计数据，降低了结构建模工作量，缩短了计算时间，计算结果满足工程精度要求，适用于初期设计阶段。

Description

小水线面双体船总振动简化计算方法
技术领域
本发明涉及一种振动与噪声控制技术，特别涉及一种小水线面双体船总振动简化计算方法。
背景技术
如图1、2所示小水线面双体船的中横剖面示意图和侧视图，小水线面双体船是由双下潜体6、支柱体5结构和上船体部分(甲板1、连接桥3、舷台4)组成的高性能船舶。此类船型具有良好的快速性和耐波性、宽敞的甲板1面积，常应用于海洋调查船、测量船等。双体船船体结构形式较常规单体船复杂，致使其结构总振动特性迥异于单体船。在船舶设计的初期阶段，通常采用经验公式或基于一维梁理论的方法进行船体总振动固有频率的计算。对于小水线面双体船，目前的经验公式均不适用；短宽的双体船型不符合一维梁理论假设，且基于一维梁理论的方法无法合理考虑附连水，导致固有频率的计算结果不够准确。
目前，计算小水线面双体船总振动固有频率最合适的方法是三维有限元法。首先，建立全船结构三维有限元模型；然后，采用虚质量法模拟小水线面双体船的附连水；再次，准确模拟全船重量分布；最后，计算得到准确的固有频率。但是，三维有限元法存在结构建模工作量大、计算时间长的缺点，在设计初期阶段较难实施，需要提出一种快速、较准确、适用于初期设计阶段的小水线面双体船总振动简化计算方法。
发明内容
针对小水线面双体船船体设计初期其总振动固有频率快速计算的问题，提出了一种小水线面双体船总振动简化计算方法。
本发明的技术方案为：一种小水线面双体船总振动简化计算方法，具体包括如下步骤：1)建立单元：将船体支持组件以结构周边为边界，将整个结构板架建为一个单元；
船体支持组件包括主横壁、主纵壁、甲板、平台板结构和横梁、纵桁、强肋骨、肋板梁结构；
单元上实际位置的弱构件，采用重叠单元的形式，不改变受力方向将其平移至所在板架单元的两侧边界上；
2)模拟附连水，保证网格边界与水线吻合；
3)针对小水线面双体船的布置特点，模拟重量分布，调整重量、重心；
4)对所构建船体简化模型进行总振动固有频率计算，得到小水线面双体船的低阶固有频率及振型。
进一步，所述步骤1)中船体支持组件还包括艏、艉及潜体线型变化的外表面板架单元，需根据线型变化对其进行进一步划分，保证船体简化模型外表面与整船线型基本吻合。
进一步，所述步骤1)中单元上实际位置的弱构件存在奇数根骨材时，多出来的中心处的一根布置到远离船中并且垂向中心位置的单元边界上。
进一步，所述步骤2)模拟附连水，基于边界元法，定义湿表面单元和吃水高度模拟附连水。
进一步，所述步骤3)小水线面双体船上的设备采用分布在相应节点上的质量单元进行模拟。
进一步，所述步骤3)小水线面双体船舱内的货物、压载水和燃油通过位于舱室边界上的质量单元模拟。
进一步，所述步骤3)调整重量、重心，将船沿船长方向为分为若干个分段，通过调整不同分段的材料密度，使得整体的重量、重心与设计值的误差在许可范围内。
本发明的有益效果在于：本发明小水线面双体船总振动简化计算方法，相比常规三维有限元方法，需要较少的设计数据，降低了结构建模工作量，缩短了计算时间，结果较准确，适用于初期设计阶段。
附图说明
图1为小水线面双体船的中横剖面示意图；
图2为小水线面双体船的侧视图；
图3为常规有限元网格划分示意图；
图4为本发明典型板架简化网格示意图；
图5为本发明简化有限元网格划分示意图；
图6为本发明甲板纵骨简化示意图；
图7为本发明横/纵舱壁垂直扶强材简化示意图；
图8为本发明横/纵舱壁水平扶墙材、外板纵骨简化示意图；
图9为本发明横舱壁的垂直扶强材布置俯视图；
图10为本发明外板/舷侧的纵骨布置横向视图。
附图标识：1、甲板；101、主甲板；102、湿甲板；2、上层建筑；3、连接桥；4、舷台；5、支柱体；6、潜体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种小水线面双体船总振动简化计算方法，具体包括如下步骤：
步骤一、通常，全船总振动有限元模型包括整个船长、船宽范围内的主船体及上层建筑的所有有效船体结构。其中，板结构如甲板、外板、横/纵舱壁等采用壳单元模拟，加强筋结构如纵骨、扶强材、纵桁、横向强框等采用梁单元模拟。有限元模型网格的粗细设定为：纵向上，根据肋位来划分，一个肋位划分一个单元，即单元尺寸取肋距值；横向上，按照骨材间距划分；垂向上，按照纵骨的位置划分，没有纵骨处按照跨长的四等份划分。常规有限元网格划分如图3所示。
相比常规建模方式，简化模型的有限元网格单元以主横壁、主纵壁、甲板、平台及强力构件(包括强横梁、纵桁、强肋骨、肋板等)的周界为边界，将整个结构板架建为一个单元，如图4所示。艏、艉及潜体等线型变化较大的区域，需对板架单元进行进一步划分，保证模型外表面与整船线型基本吻合。简化有限元网格划分如图5所示。
对于因网格的简化而无法布置在实际位置的弱构件(如甲板纵骨、横梁、外板纵骨等)，采用重叠单元的形式将其布置到板架单元的两侧边界上，边界上重叠的梁单元共用节点，如图6～8所示。对于板架内存在奇数根骨材的情况，多出来的中心处的一根布置到远离船中并且垂向中心位置的单元边界上。这样可以保证对重量分布的影响较小，同时保证船体横剖面的各向惯性矩变化较小、刚度分布基本符合实际情况。振动固有频率与质量和刚度有关，从而对振动计算的精度影响较小。如图9～10所示。
步骤二、模拟附连水；基于边界元法，定义湿表面单元和吃水高度模拟附连水，保证网格边界与水线吻合，图中虚线为水线，如图5所示。
步骤三、针对小水线面双体船的布置特点，较准确的模拟重量分布；较佳实施例中船上的设备采用分布在相应节点上的质量单元模拟；舱内的货物、压载水和燃油等通过位于舱室边界上的质量单元模拟。
设备用质量单元模拟，设备放置的区域均匀承受该设备的重量，将设备的重量以质量单元的形式均分到受力区域的节点上，必要时可以采用MPC的连接方式。质量点的施加区域与设备重量的实际作用位置基本吻合。
最后调整重量中心，具体方式为将船沿船长方向为分为若干个分段，通过调整不同分段的材料密度，使得整体的重量重心与设计值的误差在许可范围内。
步骤四、获得总振动固有频率和振型；对建立的全船模型进行有限元计算，得到小水线面双体船的低阶固有频率及振型。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种小水线面双体船总振动简化计算方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1)建立单元：将船体支持组件以结构周边为边界，将整个结构板架建为一个单元；
船体支持组件包括主横壁、主纵壁、甲板、平台板结构和横梁、纵桁、强肋骨、肋板梁结构；
单元上实际位置的弱构件，采用重叠单元的形式，不改变受力方向将其平移至所在板架单元的两侧边界上；
2)模拟附连水，保证网格边界与水线吻合；基于边界元法，通过定义湿表面单元和吃水高度模拟附连水，保证网格边界与水线吻合；
3)针对小水线面双体船的布置特点，模拟重量分布，调整重量、重心；
小水线面双体船上的设备采用分布在相应节点上的质量单元模拟；舱内的货物、压载水和燃油通过位于舱室边界上的质量单元模拟；
设备用质量单元模拟，设备放置的区域均匀承受该设备的重量，将设备的重量以质量单元的形式均分到受力区域的节点上，质量点的施加区域与设备重量的实际作用位置基本吻合；
最后调整重量中心，将船沿船长方向为分为若干个分段，通过调整不同分段的材料密度，使得整体的重量重心与设计值的误差在许可范围内；
4)对所构建船体简化模型进行总振动固有频率计算，得到小水线面双体船的低阶固有频率及振型。
2.根据权利要求1所述小水线面双体船总振动简化计算方法，其特征在于，所述步骤1)中船体支持组件还包括艏、艉及潜体线型变化的外表面板架单元，需根据线型变化对其进行进一步划分，保证船体简化模型外表面与整船线型基本吻合。
3.根据权利要求1所述小水线面双体船总振动简化计算方法，其特征在于，所述步骤1)中单元上实际位置的弱构件存在奇数根骨材时，多出来的中心处的一根布置到远离船中并且垂向中心位置的单元边界上。
CN202111097475.3A 2021-09-18 2021-09-18 小水线面双体船总振动简化计算方法 Active CN113715984B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111097475.3A CN113715984B (zh) 2021-09-18 2021-09-18 小水线面双体船总振动简化计算方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111097475.3A CN113715984B (zh) 2021-09-18 2021-09-18 小水线面双体船总振动简化计算方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113715984A CN113715984A (zh) 2021-11-30
CN113715984B true CN113715984B (zh) 2023-11-03

Family

ID=78684339

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111097475.3A Active CN113715984B (zh) 2021-09-18 2021-09-18 小水线面双体船总振动简化计算方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113715984B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114313100B (zh) * 2021-12-17 2022-09-30 中国人民解放军海军工程大学 振动局域化的耐压艇体的舱壁间距布置方法

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101327964B1 (ko) * 2012-09-27 2013-11-13 창원대학교 산학협력단 조선산업에서의 전선진동해석용 유한요소 모델링 방법
CN205150152U (zh) * 2015-09-24 2016-04-13 华南理工大学 一种适用广东沿海的节能环保型10t旋转吊航标工作船
CN108416143A (zh) * 2018-03-08 2018-08-17 中国船舶工业集团公司第七〇八研究所 一种小水线面双体船弯扭联合极限强度计算方法
CN108846192A (zh) * 2018-06-08 2018-11-20 中国船舶科学研究中心（中国船舶重工集团公司第七0二研究所） 一种结构任意阻尼处理的船舶三维声弹性分析方法
CN108945278A (zh) * 2018-06-26 2018-12-07 广东新船重工有限公司 一种双体船
CN109374118A (zh) * 2018-09-01 2019-02-22 哈尔滨工程大学 船舶及海洋平台结构宽频线谱振动噪声时频综合预报方法
CN109625156A (zh) * 2018-10-29 2019-04-16 中船动力研究院有限公司 船舶全频段舱室噪声预报及声学优化设计方法
CN109657262A (zh) * 2018-10-29 2019-04-19 中船动力研究院有限公司 船舶自由场水下声辐射远场判据方法
CN110287570A (zh) * 2019-06-18 2019-09-27 中国船舶工业集团公司第七0八研究所 一种船舶艏侧推器激励载荷转换方法
CN110979591A (zh) * 2019-12-09 2020-04-10 华南理工大学 一种船舶水弹性试验的简化结构模型及其设计方法
CN111237348A (zh) * 2020-01-14 2020-06-05 上海交通大学 小水线面双体船型倒挂式推力轴承基座及其设计方法
CN211824943U (zh) * 2020-02-04 2020-10-30 上海交通大学 用于艉部振动分析的模型试验装置
CN112478042A (zh) * 2020-12-17 2021-03-12 珠海市海斯比船舶工程有限公司 一种多用途双体船
CN112528422A (zh) * 2021-01-11 2021-03-19 招商局邮轮制造有限公司 一种船舶居住区域振动预报分析方法

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101327964B1 (ko) * 2012-09-27 2013-11-13 창원대학교 산학협력단 조선산업에서의 전선진동해석용 유한요소 모델링 방법
CN205150152U (zh) * 2015-09-24 2016-04-13 华南理工大学 一种适用广东沿海的节能环保型10t旋转吊航标工作船
CN108416143A (zh) * 2018-03-08 2018-08-17 中国船舶工业集团公司第七〇八研究所 一种小水线面双体船弯扭联合极限强度计算方法
CN108846192A (zh) * 2018-06-08 2018-11-20 中国船舶科学研究中心（中国船舶重工集团公司第七0二研究所） 一种结构任意阻尼处理的船舶三维声弹性分析方法
CN108945278A (zh) * 2018-06-26 2018-12-07 广东新船重工有限公司 一种双体船
CN109374118A (zh) * 2018-09-01 2019-02-22 哈尔滨工程大学 船舶及海洋平台结构宽频线谱振动噪声时频综合预报方法
CN109625156A (zh) * 2018-10-29 2019-04-16 中船动力研究院有限公司 船舶全频段舱室噪声预报及声学优化设计方法
CN109657262A (zh) * 2018-10-29 2019-04-19 中船动力研究院有限公司 船舶自由场水下声辐射远场判据方法
CN110287570A (zh) * 2019-06-18 2019-09-27 中国船舶工业集团公司第七0八研究所 一种船舶艏侧推器激励载荷转换方法
CN110979591A (zh) * 2019-12-09 2020-04-10 华南理工大学 一种船舶水弹性试验的简化结构模型及其设计方法
CN111237348A (zh) * 2020-01-14 2020-06-05 上海交通大学 小水线面双体船型倒挂式推力轴承基座及其设计方法
CN211824943U (zh) * 2020-02-04 2020-10-30 上海交通大学 用于艉部振动分析的模型试验装置
CN112478042A (zh) * 2020-12-17 2021-03-12 珠海市海斯比船舶工程有限公司 一种多用途双体船
CN112528422A (zh) * 2021-01-11 2021-03-19 招商局邮轮制造有限公司 一种船舶居住区域振动预报分析方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
有限元分析在大型原油运输船舶振动分析上的应用;高清冉，赵海发;舰船科学技术;第43卷(第7A期);22-24 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113715984A (zh) 2021-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113715984B (zh) 小水线面双体船总振动简化计算方法
Andrić et al. The global structural response model for multi-deck ships in concept design phase
KR20070015934A (ko) 개조형 이중 선체 탱커 및 기존의 단일 선체 탱커를 개조형이중 선체 탱커로 개조하는 방법
CN108416143B (zh) 一种小水线面双体船弯扭联合极限强度计算方法
Diez et al. FSI and MDO for weight reduction of a grillage panel of a fast deep-v planing hull subject to slamming in waves
CN116108554A (zh) 一种全船有限元批量计算及后处理方法
CN219406798U (zh) 一种船舶船体与甲板的连接结构
CN113232766B (zh) 一种穿梭油轮舒适度上建结构的减振装置及制造方法
CN110733665B (zh) 一种水面飞行器船底水载荷的三维预置加载方法
CN210513618U (zh) 弹性楔形体着水试验缩比模型
CN113799940B (zh) 利用集中力模拟集装箱载荷进行垂向静水剪力计算的方法
CN115924023B (zh) 一种分段式钢质框架船体模型及加工方法
Jiang et al. Shape optimization design of brackets connecting girders of an internal bulkhead and pressure hull under external pressure
Prini Enhanced design and operation of small high-speed craft
CN111098981B (zh) 一种液舱结构
Bass et al. Simulating wave action in the well deck of landing platform dock ships using computational fluid dynamics
Zhou et al. Structure Strength Calculation and Analysis for the Small Waterplane Area Twin Hull
Begovic The Design, Production, Verification, and Calibration of an Elastic Model of a Catamaran for Hydroelastic Experiments
WIERNICKI THE STRUCTURAL SYNTHESIS DESIGN PROGRAMITS IMPACT ON THE FLEET
CN116956675A (zh) 一种基于有限元分析的超大型集装箱船的建造方法
Cheung et al. Analysis of SWATH ship structures
Aneja et al. Design and optimization of HAT STIFFENED PLATE using Finite element method
CN115367071A (zh) 坞内船舶下水过程模拟校核优化方法、存储介质及设备
LIAO et al. Validation of Practical Approaches for the Strength Evaluation of High-speed Catamaran under Beam and Quartering Seas
Zhang et al. Noise prediction of large ship 6700PCTC using EFEA-SEA hybrid technique

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant