恶劣海况下大型船舶颤振响应数值预报与模型试验研究
摘要
恶劣海况下船体遭受的砰击载荷往往能够对船舶的结构强度造成很大的冲击，因此
需要对船体的运动与载荷进行预报。考虑砰击载荷的船舶水弹性运动响应与波浪载荷预
报方法能够将船舶结构的弹性变形与流场作用耦合计算，同时将砰击力计入求解方程中，
从而考虑了砰击载荷的影响；相较于刚体理论波浪载荷预报方法，计及船舶结构弹性效
应的水弹性预报方法理论上更加准确。为验证和分析研究恶劣海况下大型船舶结构变形
及砰击载荷对船舶结构响应的影响，需要正确开展必要的模型试验与数值模拟研究。
首先，基于恶劣海况下大型船舶的波浪载荷水弹性模型试验原理和基本要求，以某
大型船舶为原型，确定了正确的试验模型设计和组装方法。采用双波列叠加的方法进行
了畸形波的数值生成，结合摇板造波理论实现了试验水池内畸形波的聚焦。开展了规则
波、不规则波和畸形波工况下大型船舶波浪载荷水弹性模型试验，得到船体各个响应的
试验数据并进行处理，对船体的运动响应、剖面载荷及砰击压力的时历特性和时空分布
特性进行分析。
其次，基于非线性运动与载荷快速预报方法，推导了考虑船体结构弹性变形的非线
性时域波浪载荷与运动响应计算方法、MLM二维砰击载荷计算方法以及砰击载荷与非
线性运动与载荷预报的耦合求解方法。选取了公开发表的论文中的船型数据进行数值计
算并与论文中的试验数据进行对比，用以验证该计算方法的准确性。
最后，以试验原型船为基准进行不同工况下的船体响应数值预报，通过对比数值、
试验结果的差异性，分析不同环境因素对数值、试验差异性的影响。根据不同恶劣海况
（规则波、不规则波和畸形波）下船舶的耐波性及剖面载荷预报结果，得到了恶劣海况
大型船舶的运动及载荷响应特性；通过对数值结果的频谱分析和滤波处理，获取不同频
率的响应成分，详细分析了船舶颤振响应的非线性成分特性。
关键词：水弹性；砰击载荷；颤振响应；畸形波
恶劣海况下大型船舶颤振响应数值预报与模型试验研究
Abstract
Theslammingloadsufferedbythehullundersevereseaconditionscanoftenhavea
significantimpactonthestructuralstrengthoftheship,soitisnecessarytopredictthemotion
andloadofthehull.Consideringthehydroelasticresponseofshipstoslammingloadsandwave
loadforecastingmethods,theseapproachescoupletheelasticdeformationofshipstructures
withtheeffectsofthefluidfieldandincorporateslammingforcesintothesolutionequations,
thusaccountingfortheinfluenceofslammingloads.Comparedtorigidbodywaveload
predictiontechniques,hydroelasticforecastingmethodsthatconsidertheelasticeffectsofship
structuresaretheoreticallymoreprecise.Toverifyandanalyzetheimpactoflargeship
structuraldeformationandslammingloadsonshipstructuralresponsesunderseveresea
conditions,itisnecessarytoconductappropriatemodelexperimentsandnumeri