抨击和颤振基准研究外文翻译资料

 2022-07-28 15:29:16

抨击和颤振基准研究

关键词：抨击、颤振、标准检查程序、模型测试、可变支柱

摘要：在海上世界，我们已经花了很多的努力去预测和抨击有关的负荷。然而至今为止，忽略了从负荷到结构响应转换的安全性。概括来说导致这种后果的主要原因是：假定水的特性在模型中的不确定性要大于结构响应。针对这个话题，动态响应委员会在2012年的国际船舶会议上展示了一个基准研究。这个标准检查程序的目标由两部分组成：其一，估算中由不同方法或者思路造成的变化程度是可以显示出来的;其二，在模型测试过程中通过对比响应研究分析中的偏离。从呈现中的结果看，能得到如下结论：外形和两三个节点的频率，干燥、湿润、水平或是垂直弯曲由震动物决定的震动方式,6组中有4组和实验结果一致。计算在考虑规则的首波所造成的冲击后展现出在不同实验不同实验对象不同方法的主要差异。

  1. 引言

船舶在高速或者恶劣环境下可能会受抨击载荷。由于船和波的相互作用产生了载荷。 波表面和船外壳之间相对角度和相对速度在影响上和持续时间一样都是重要参量。对于大的载荷传统的解释是流体接近边缘区域的突变加速度。尤其是船长大于200米时，抨击载荷能够造成一种叫做颤振的瞬时动力结构响应。颤振造成的震动增加了极值载荷和疲劳载荷对船舶的影响。波和颤振造成的混合影响能够使垂直弯曲达到原来的两倍Zhao et al（2004）。这些已经展示过了。在特隆赫姆海上技术中心里面的模型实验装置完成了关于因大船颤振响应造成的抨击的大量实验研究。一共有80种不同的船首船尾几何模型被测试。研究发现在大型游轮和极端波情况下发生垂直弯曲时抨击成分比波的成分要大30-150％。对于一个294米的新设计的在大西洋航行的集装箱船来说，报告展示了所有的疲劳损伤中波造成的震动损伤占据了40％。通过运用6.5米长的船可变支柱模型得到了这个结果。通过相似的计划，Storhaug（2007）展示了300米长在世界范围航行的散货船增长了25％。应该注意震动包含由颤振和裂开两种原因。断裂是由持续波载荷造成的恒定共振。

在海上世界，我们已经花了很多的努力去预测和抨击有关的负荷。比如Kapsenberg and Thornhill（2010）发明了一种高效且精确的预测船在波中抨击载荷的方法。这个方法以动量定理为基础说明初步静定船首波对艏部浸入部分的堆积影响。这个方法可根据船的具体特性协调，但是它会引起不同波和不同航向的影响。通过一系列专用实验可以使之协调，无论是在拖曳水池还是通过CFD软件。Tuitman使用广义模式连接水力和结构模型。他用两个不同的2D模型Generalized Wagner和Logvinovich模型定义抨击力。Kapsenberg在发表的著作中表达了关于船舶在波中受抨击问题的全面观点。

当工作以抨击载荷进行预测时，忽略了从负荷到结构响应转换的安全性。概括来说导致这种后果的主要原因是：假定水的特性在模型中的不确定性要大于结构响应。针对这个话题，动态响应委员会在2012年的国际船舶会议上展示了一个基准研究。这个标准检查程序的目标由两部分组成：其一，估算中由不同方法或者思路造成的变化程度是可以显示出来的;其二，在模型测试过程中通过对比响应研究分析中的偏离

2．标准建立

一共有6个参与团队：两个调查组织者（Marin和TNO），两个社团（GermanischerLloyd和Indian Register of Shipping），一个大学（Norwegian Technical大学）和一个顾问公司（The Glosten Associates）。标准是隐蔽的而且由三部分组成。不是所有的参与者都要为每一步负责。每一步的任务包括结果，会在随后的部分讨论。参与者有选择方法的自由。所用到的方法也会在随后的部分讨论。

为了研究绝对误差用一个173米长的渡船模型。船体外壳的肉毒通过如下办法计算所得：横向把模型切成几部分然后通过支柱连接这些部分。

船模的主要满载参数和模型比例展示在表1.比例是1：36.数据由CRS提供。在CRS,MARIN带领一个有共同兴趣的团队进行无竞争研究。

测试模型的铝圆支柱直径0.11米厚度0.005米。每一船壳部分通过两段舱壁间的梁连接，一段在这一部分的前端一段在后端。梁用应变仪测量，在其他部分，垂直弯曲发生在不同部位。艏作为一个分开的部分建造而且和船壳的前端通过一个6种成分的力传感器连接。艏部用23压力计测量详细压力分布用6加速度计测当地加速度。关于压力分布，5个放置在模型的中心线上，17个放于右舷（迎风面），1个放于左舷（背风面）。10个加速度安在模型内部，每一部分1一个在旁边一个在垂直在中心。

对于准备的第一阶段，参与团队被要求去决定外形和两三个节点的频率，干燥、湿润、水平或是垂直弯曲由震动物决定的震动方式。准则里的下一步是提供分析现实脉冲的数字模型。最后的任务是预测响应，给出实验测得的波。

图1.173米长的渡船模型，数据由CRS提供

表1主要参数

主要参数 额定值 模型值

垂线间长 173.0m 4.81m

水线宽 26.0m 0.72m

排水量 15721t 329kg

3.第一阶段：模型响应

3.1实验数据

正如前面提到的，对于基准的第一阶段，参与者被要求确定外形和两三个节点的频率，干燥、湿润、水平或是垂直弯曲由震动物决定的震动方式。在这个阶段提供给参与者得瑟详细的几何模型，包括电子船壳描述，位置削减，骨干的尺寸和质量分布。

物理弹性骨架模型的模态参数是MARIN使用随机子空间识别的方法得到的。在表二中给出了两个和三个节点的整体垂直弯曲振动模式参数。

水中的参数是通过静水中的锤击实验测定。对于确定的干燥参数，所有仪表模型都悬浮在软弹簧系统的空气中。MARIN报告中湿模态参数的精度误差很小。自然频率平均值95%的置信区间小于2%。由于弹簧系统在空气中的不确定性更大，特别是三节点模式。虽然MARIN并没有得到具体数字，但是确定阻尼值相关的不确定性大于固有频率和振型的相关性。

3.2方法

参与团队有自由去选择使用一个2或3维度模型去定义结构性质。船舶的质量和刚度分布决定了形状和球状弯曲振动模式的频率。在一个2 维模型中，全局结果最好是用一组梁单元表示，每一个单元都有（分离）刚度和质量特性。用一个3维几何有限元模型更能代表船体形状。当模拟一个实际的船舶结构时，也要去考虑局部刚度和质量特性。三维模型有很显著的特点比如：非常详细、建立加强筋模型、建立几何复杂的局部结构、建立局部发动机、局部重量增加或者上层建筑有大开口或附加刚度相关模型。局部细节在三维结构模型中不会对整体变形的影响很大，而且取决于它对所有质量和刚度的贡献。当然，这个三维模型至少占刚度和质量分布的一部分。特别是质量分布，但是还需要更新。比如，质量的增加通常是由于局部钢的密度增加或者质量要素的使用。

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