Analiza njihanja i valnog opterećenja vitkih višetrupaca na harmonijskom valu

Mravak, Zoran (1997) Analiza njihanja i valnog opterećenja vitkih višetrupaca na harmonijskom valu. = Scientific master's thesis , Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje, UNSPECIFIED. Mentor: Čorić, Većeslav.

Full text not available from this repository.

Abstract (Croatian)

Razvoj numeričkih postupaka za pouzdaniju procjenu odziva i opterećenja pomorskih konstrukcija na morskim valovima predstavlja osnovu njihovog racionalnog projektiranja, čime se uz korištenje raspoloživih alata za strukturnu analizu metodom konačnih elemenata (MKE) mole prici njihovom optimalnom dimenzioniranju, te povećanju njihove ukupne efikasnosti i sigurnosti. Da bi se uspješno riješili problemi čvrstoće brodova kako jednotrupača, tako i dvotrupača pored statičkog opterećenja potrebno je odrediti i valno opterećenje, odnosno tlakove na oplati, te poprečne sile i momente savijanja nastale uslijed osciliranja tijela na valovima. U ovom radu napravljen je jedan korak u numeričkim postupcima za procjenu odziva i opterećenja. \Na osnovi metode rubnih elemenata razvijen je efikasan algoritam za određivanje hidrodinamičke reakcije, dodatne mase i prigušenja, te hidrodinamičke uzbude za dvodimenzionalne presjeke. U prvom dijelu rada (poglavlje 2) dana je teorijska osnova Salvensen-Tuck-Faltinsenove (STF) teorije za proračun odziva tijela na pravilnim valovima. Odziv tijela na pravilnom harmonijskom valu opisan je sa šest jednadžbi njihanja. Također je opisan i način određivanja globalnih koeficijenata u jednadžbi dinamičke ravnoteže tijela na valu, ukoliko su određeni koeficijenti za niz dvodimenzionalnih poprečnih presjeka tijela. U drugom dijelu (poglavlje 3) detaljno je izveden i opisan način određivanja hidrodinamičke reakcije, dodatne mase i prigušenja, te hidrodinamičke uzbude za dvodimenzionalne presjeke metodom rubnih elemenata. Korištenjem drugog Greenovog teorema problem određivanja iznosa potencijala brzine oko tijela koje oscilira na valovima prebačen je na rub područja. Zbog te činjenice metoda rubnih elemenata puno je pogodnija kod rješavanja numeričkih hidrodinamičkih problema osciliranja tijela na valovima od metode konačnih elemenata (MKE) jer su sustavi jednadžbi koje treba riješiti da bi se odredili iznosi potencijala puno manji. Upravo to rješavanje sustav jednadžbi odnosi najveći dio vremena ovakvih numeričkih proračuna Metoda rubnih elemenata mole se koristiti bez obzira na složenost poprečnog presjeka, tako da ju je moguće koristiti kod osciliranja klasičnih jednotrupnih formi brodova, ali isto tako i kod katamarana i ostalih višetrupaca. U ovom radu problem njihanja tijela na valovima objašnjen je modelom radijacije i difrakcije. Kod modela radijacije pretpostavimo da tijelo oscilira u mirnoj tekućini, dok je ono kod modela difrakcije nepomično. Za beskonačno dugi cilindar problem se svodi na dvodimenzionalni, koji je opisan Laplaceovom diferencijalnom jednadžbom u području tekućine i uvjetima na rubnim površinama: slobodnoj površini, oplakanoj površini i površini dna, . koje moraju zadovoljiti potencijali, te uvjetom radijacije u beskonačnosti. Rješavanjem problema radijacije mogu se odrediti hidrodinamičke sile na presjek, koje se mogu rastaviti na dva dijela: prvi dio koji je u fazi sa ubrzanjem i kojeg nazivamo dodatnom masom, te drugi dio koji je u fazi sa brzinom i kojeg nazivamo hidrodinamičko prigušenje. Rješavanjem problema difrakcije mogu se odrediti uzbudne sile. Rješavanje problema difrakcije moguće je primjenom Haskindove relacije uz prethodno određene iznose potencijala radijacije na oplakanoj površini formuliranjem i rješavanjem problema promatrajući nailazak vala na tijelo koje je nepomično. Linearizacijom Bernoullijeve jednadžbe, te zbrajanjem iznosa potencijala radijacije svih šest stupnjeva slobode njihanja tijela i potencijala difrakcije, te potencijala brzine nailaznog vala mogu se odrediti tlakovi na oplakanoj površini. U poglavlju 4 dan je niz usporedbi rezultata proračuna hidrodinamičke reakcije i uzbude za različite oblike poprečnih presjeka.

Abstract

Development of numerical method for reliable prediction of response and load on offshore structure in confused sea make a base for their rational design. In combination with FEM analysis of structure optimal dimensioning and improvement of their efficiency and reliability are possible. For successful solving of strength problems for monohulls and also for multihulls dynamic loads caused by wave have to be taken also into account. In this work part of numerical procedure for estimation of response and wave load was done. Using boundary element method, efficient algorithm for solving 2D problem of determining hydrodynamic reaction and forces was produced. First part (chapter 2) is theoretical base of Salvensen-Tuck-Faltinsen's theory for solving vessel response on harmonic wave. To describe the motion six equilibrium equations are in use. Also procedure for determining global coefficients in dynamic equation of motion of the vessel in wave is given, using 2D hydrodynamic coefficients for set of cross sections of the body. Second part contains detail description of hydrodynamic reaction and force determination, for 2D problems using boundary element method. Using second Green's identity, problem of velocity potential calculation in fluid domain may be removed on the fluid boundary. That is the reason why the boundary element method is more useful for numerical calculation of this hydrodynamic problem than the finite element method. Systems of equations which are produced in this way and which have to be solved is much smaller and saving of computing time is significant. Boundary element method can be used for any type of cross section, for classical monohulls or catamaran or other multihulls. In this work problem of oscillatory motion is explained by radiation and diffraction model. For radiation formulation it is assumed that the vessel is oscillating in calm water, while for diffraction formulation the vessel is fixed in incoming wave. For infinity long cylinder problem may be reduced on two dimensional, which is described by Laplace's equation in fluid domain and with adequate boundary conditions. The solutions of radiation problem give hydrodynamic forces acting on cross section, which can be decompose in two parts: one in the phase with acceleration known as hydrodynamic added mass and one in phase with velocity of oscillatory motion known as hydrodynamic damping. Exciting forces are results of diffraction problem. For solving diffraction problem Haskind's relation can be used or it can be described in the same way as radiation problem but with different boundary conditions. The pressure on wetted surface can be determinate using linearised Bernoulli's equation, after the velocity potentials of all components are calculated. Chapter 4 contains set of results for different shapes of cross section.

Item Type: Thesis (Scientific master's thesis)
Uncontrolled Keywords: njihanje; vitki višetrupci; harmonijski val; hidrodinamička reakcija i uzbuda; metoda rubnih elemenata
Divisions: 600 Department of Naval Engineering and Marine Technology > 630 Chair of Ship Design and Offshore Technology
Date Deposited: 22 Sep 2014 18:00
Last Modified: 16 Oct 2015 13:20
URI: http://repozitorij.fsb.hr/id/eprint/116

Actions (login required)

View Item View Item

Nema podataka za dohvacanje citata