大型集装箱船快速波激响应分析

林 源，马 宁，顾解忡

（1.上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海200240；2.高新船舶与深海开发装备协同创新中心，上海200240）

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随着全球经济逐渐一体化，为实现航运的规模效应，集装箱船的大型化日益加剧。集装箱船尺度的增加，相应地也会带来甲板大开口的现象，随之带来船体梁固有频率下降，而航速的提升会增高波浪遭遇频率，从而会引起船体的共振或强迫振动，将影响船舶的使用寿命。所以在大型集装箱船的设计制造过程中，水弹性响应分析（如：波激振动）应当被重视。

目前有关船舶水弹性理论已有较为全面的发展。最为经典的水弹性理论就是Bishop 和Price[1]提出的二维理论，然而其忽略流体运动沿船长方向的相互干扰，并未能计及船体首部和尾部的三维效应[2]。接下来Wu[3]，Price 等[4]提出三维水弹性理论，是将三维耐波性与三维结构动力学相结合，但是三维理论需要大量的船体网格。

针对在工程上的快速水弹性预报，三维水弹性理论需要建立大量船体网格，工作量较大。因而简化网格对于数值计算是必然的，Golberg[5]和Fairweather 等[6]证明了MFS（The method of fundamental solutions）作为一种无网格方法在水动力计算上的优越性，但现阶段MFS 方法尚未用于水弹性响应的求解。而且有关的三维有限元与二维耐波性混合模型研究较少，Wang 等[7]将其应用到浮体结构中，但运用到船舶响应求解极少。本文提出一种混合水弹性模型，利用三维有限元方法预报船舶的固有模态，再基于MFS 方法的STF 切片理论[8-9]，进行固有模态下的无网格船体广义流体力计算，最后根据模态叠加法求解船舶在波浪作用下的波激振动分析。……