21921船舶与海洋工程行业水动力与结构分析

1、关于附加质量1786年P.L.G.杜布阿特在他的《水力学原理》一书中详细叙述了他在水中进行震荡圆球的阻力实验时，首先发现圆球的非定常阻力与它所挟带的流体质量有关。

即圆球具有附加质量后应较它的真实质量为大。

1828年F.W.贝赛尔进行摆的长度实验时，也观察到类似的现象，他还将物体所增加的惯性（即附加质量）用于物体同体积的流体质量的n倍来表示，并用球摆分别在空气与水中进行试验，所获得的n值为0.9与0.6。

式中，0X 为结构在某个方向上的振动幅值，f 为结构振动频率，ν/2fD 为类雷诺数。

当不考虑流体的压缩性及粘性时，可利用势流理论来分析结构的附加质量，此时附加质量仅与结构的形状有关，即()g F M A 0pf ,ρ= （3）实验研究与理论分析均表明，当流体和结构的马赫数、振动幅值相对于结构尺寸都很小，并且类雷诺数很大时，式（3）具有很好的精确性。

即对式（1）要求有1c U 00<<，12U '0<Df π，10000U 0>νD （4） 对式（2）要求有1200<<c fX π，10<D X ，1000022>νπfD （5） 式中，0c 为声速。

这里需要指出的是附加质量的影响会随着结构振动频率的提高而降低。

此外，结构的附加质量和流体的边界条件密切相关，本文所讨论的流体的边界都在无穷远处。

然而，研究直水道中物体水动力系数规律问题时，流体边界不可以看做无穷远。

上述方法也就不适用。

2、 关于切片法切片理论以其建模简单、计算效率高、精度满足工程需求等优点受到船舶设计师的青睐。

切片法的基本思想是将椭球体沿长度方向划分为一系列片体，把每个片体当成截面不变的柱体，对于每个片体的振荡运动来说，所要求解的流场都是二维的，忽略片体间流场的相互干扰，将各个片体的流体作用力沿椭球体长度方向积分便可以得到作用于整个椭球体的流体作用力。

二维水动力系数和波浪干扰力，可以通过许多数值方法计算，求解二维扰动流场和计算剖面二维水动力系数的方法主要有：1)分布奇点法。

船舶水动力学与海洋工程的研究与进展船舶在海洋中航行，是一种利用海洋动力从一个地方到达另一个地方的交通工具，需要通过船舶水动力学和海洋工程的研究和进展不断地完善和提高。

本文将从历史、基础理论、应用和未来等方面，探讨船舶水动力学和海洋工程的研究与进展。

历史船舶水动力学的研究可以追溯到古希腊时期。

欧几里得在公元前300年左右，就在其著作《几何原本》中提到了水的运动及其对船舶行驶的影响。

古代中国的浮力原理和物体运动原理的发现，也为船舶水动力学的研究提供了一些基础。

在17、18世纪，随着海洋学、物理学和数学等领域的不断发展，在船舶水动力学中，诸如船舶运动规律、船体形态、划桨力学、螺旋桨理论等重要问题得到了初步解决。

19世纪末20世纪初期，德国和美国对球形、椭球形和草图级流的力的理论进行了深入研究，奠定了现代水动力学理论的基础。

基础理论船舶水动力学是研究船舶在水中运动的规律、船体阻力、螺旋桨动力、浪涌以及船舶与海洋相互作用的学科。

这里主要介绍船舶阻力和船舶与海洋相互作用两种常见问题的基础理论。

船舶阻力：船舶阻力可以分为两类，即摩擦阻力和波浪阻力。

船舶摩擦阻力是指船体和水之间的黏性阻力，是随着船舶速度的增加而增加的。

船舶波浪阻力是指在船体运动时，由于船体和水之间的作用，形成波浪并引起的能量损失。

船舶波浪阻力与船体吃水深度、航速和水质等有关。

传统的船舶阻力计算采用试验方法或经验公式，科学家们通过研究船体形态、舵轮和螺旋桨等设计参数的优化，有效降低了船舶阻力。

船舶与海洋相互作用：建立船舶与海洋相互作用的理论是船舶水动力学的重要组成部分，主要包括流体力学模型、波浪理论和气动力学理论等。

在船舶与海洋相互作用的研究中，物理模型实验和数值计算分别发挥了不可替代的作用。

模型实验是对海洋现象进行定量研究的一种手段，它可以通过试验数据来检验理论假设的正确性和适用性。

数值计算是以计算机为平台，利用数值方法对海洋现象进行分析和预测的一种手段，虽然数值计算存在一定的偏差，但它具有高效、低成本、全过程可视化的优点。

船舶与海洋工程结构分析摘要：本论文旨在研究船舶与海洋工程结构分析的相关问题。

通过对船舶结构和海洋工程领域的研究，我们分析了存在的问题，并提出了解决这些问题的方法。

同时，我们还介绍了一些可靠的来源，以支持我们的研究结果。

关键词：船舶、海洋工程、结构分析、问题、解决方法、可靠来源引言：船舶与海洋工程结构分析是航海领域中非常重要的研究方向。

正确理解船舶和海洋工程结构的行为对于设计安全、提高效率和减少成本至关重要。

然而，存在着一些问题需要深入研究和解决。

本论文将着重探讨这些问题并提出相应的解决办法。

一、船舶与海洋工程结构分析的意义船舶与海洋工程结构分析具有重要的意义，主要体现在以下几个方面：安全性评估：船舶和海洋工程结构的分析可以帮助评估其安全性。

通过研究船舶结构的强度、稳定性和抗风浪能力，以及海洋工程结构的承载能力和抗地震能力，可以确保它们在各种环境条件下的安全运行。

结构设计优化：分析船舶与海洋工程结构可以揭示其受力特点和存在的问题，进而为结构设计提供指导。

通过深入理解结构行为和负荷响应，可以对结构进行优化，提高其性能、降低材料成本，并满足设计需求。

节能环保：船舶与海洋工程结构的分析也与节能环保密切相关。

结构的合理设计可以减少阻力和能耗，提高船舶的燃油效率和海洋工程设施的使用效率。

此外，通过考虑环保因素，如废物处理和排放控制，可以使船舶和海洋工程在运行过程中对环境的影响最小化。

技术创新和发展：船舶与海洋工程结构分析的研究为技术创新和发展提供了基础。

通过深入研究结构材料、构件连接、防腐蚀等方面的问题，可以推动新材料、新工艺和新领域的应用，促进船舶和海洋工程行业的发展。

二、船舶与海洋工程结构存在的问题1.船舶结构分析中的疲劳和强度问题疲劳问题：船舶和海洋工程结构在长期使用中，会承受复杂的荷载循环，如波浪、风载、机械震动等。

这些荷载作用下，结构会发生应力的周期性变化，导致疲劳破坏。

具体表现为结构材料中的微裂纹逐渐扩展，最终导致结构失效。

船舶推进系统水动力学特性分析与优化设计船舶推进系统是船舶非常重要的组成部分，对船舶性能和效率有着至关重要的影响。

水动力学特性的分析和优化设计能够提高船舶的推进效率和减少能源消耗，在船舶设计和船舶运行中扮演着重要的角色。

首先，我们来分析船舶推进系统的水动力学特性。

船舶推进系统由推进器和推进器矩阵组成，推进器通常为螺旋桨或喷水推进器。

在正常运行时，推进器通过产生推力来推动船舶前进。

船舶推进的主要水动力学特性包括推力、速度、效率和转矩。

推力是推进器产生的船舶前进的力量。

推进器所产生的推力与推进器的直径、螺旋桨叶片的形状和角度、进流速度等因素密切相关。

通过优化这些参数，可以增加推进器产生的推力，提高船舶的加速度和速度。

速度是船舶运动的基本参数之一。

船舶的速度取决于推进器产生的推力和水动力学阻力。

根据船舶运行的条件和要求，可以通过调整推进器的尺寸和形状，以及优化船体的流线型设计，降低水动力学阻力，提高船舶的速度。

效率是衡量船舶推进系统性能的指标之一。

船舶推进系统的效率通常由推进效率和传动效率组成。

推进效率表示推进器将功率转化为推力的能力，可以通过改进推进器的设计和优化螺旋桨叶片的形状来提高。

传动效率表示推进器传递动力的能力，可以通过改进传动系统和减少能量损耗来提高。

转矩是推进器所受到的力矩，是推进器工作时的一个重要参数。

转矩的大小取决于推进器的工作状态和推进器与船体的相互作用。

通过合理设计推进器和减少螺旋桨的震荡和振动，可以减小推进器的转矩，提高船舶的稳定性和操纵性。

在优化设计船舶推进系统水动力学特性时，可以运用计算流体力学（CFD）模拟方法。

CFD模拟可以对船舶推进系统的水动力学行为进行数值模拟和分析，并得到各个参数的数值结果。

通过对这些结果的分析和优化，可以找到最佳的设计方案，提高船舶的推进效率和性能。

除了CFD模拟方法，还可以采用实验方法来分析和优化船舶推进系统。

通过在船舶试验池或风洞中进行实际试验，可以获取真实的水动力学特性数据，并验证数值模拟的准确性。

船舶工程中的结构分析与设计船舶工程是一门综合性的学科，涉及到船舶的设计、制造、运行和维护等多个方面。

在船舶工程中，结构分析与设计是至关重要的环节。

本文将探讨船舶工程中的结构分析与设计的重要性以及其中涉及的关键技术和方法。

船舶的结构设计是指为了满足船舶的强度、刚度和稳定性要求，确定船体结构的形状、尺寸和材料的过程。

结构设计的核心目标是确保船舶在各种海况下能够安全、稳定地航行，并保证船体的寿命和可靠性。

在船舶结构设计中，结构分析是一个关键步骤。

结构分析旨在通过数学和物理方法，研究船舶结构在不同工况下的应力、应变和变形等力学特性。

通过结构分析，可以评估船舶结构的强度和刚度，确定合理的结构尺寸和材料，从而满足设计要求。

在船舶结构分析中，有几个重要的技术和方法被广泛应用。

其中之一是有限元分析（FEA）技术。

有限元分析是一种数值计算方法，通过将结构划分为有限个小单元，利用数学模型来模拟结构的力学行为。

通过有限元分析，可以计算出船舶结构在不同载荷下的应力和变形情况，为结构设计提供依据。

此外，结构优化设计也是船舶工程中的重要内容。

结构优化设计旨在通过改变结构形状、调整材料和布局等手段，使船舶结构在满足设计要求的前提下，尽可能地减少结构重量和材料消耗。

结构优化设计可以提高船舶的运载能力和燃油效率，降低船舶的建造成本和环境影响。

此外，船舶工程中的结构分析与设计还需要考虑到船舶的特殊工况和环境。

例如，船舶在遇到大浪和恶劣海况时，容易受到巨大的波浪载荷和冲击力。

因此，结构设计需要考虑到这些特殊工况下的船体应力和变形情况，以确保船舶的安全性和稳定性。

总之，船舶工程中的结构分析与设计是确保船舶安全、稳定和可靠的关键环节。

通过结构分析和优化设计，可以提高船舶的强度和刚度，减少结构重量和材料消耗，从而提高船舶的性能和经济效益。

在未来，随着船舶工程技术的不断发展和创新，结构分析与设计将继续发挥重要作用，推动船舶工程的进一步发展。

船舶流体力学中的水动力分析与设计船舶流体力学是研究船舶在水中运动及其所受流体动力学力学效应的学科。

在船舶设计中，水动力分析与设计是非常重要的环节。

它涉及到了船体外形设计、船舶推进性能、船舶操纵性能等方面。

首先，在船舶流体力学中的水动力分析与设计中，船体外形设计是非常重要的一部分。

船体外形对于水动力性能有着直接的影响。

船体的几何参数、船体的流线型以及船体表面的光滑程度等都会对船舶的阻力产生影响。

因此，在船舶的水动力分析与设计过程中，需要通过数值模拟和实验手段对不同船体形状进行优化和改进，以降低阻力，提高船舶的速度和燃油经济性。

其次，在水动力分析与设计中，船舶的推进性能也是需要重点关注的。

船舶的推进性能直接关系到船舶的动力系统安装和船舶的速度性能。

通过水动力模拟分析，可以确定船舶在不同航速下的托力和推力的大小，进而确定船舶的主机和推进器的安装位置和数量。

优化船舶的推进性能可以提高船舶的运输效率和经济性。

此外，在船舶流体力学中的水动力分析与设计中，船舶的操纵性能也是需要考虑的因素之一。

船舶的操纵性能直接关系到船舶的航行安全和操纵的灵活性。

通过水动力模拟分析，可以确定船舶在不同操纵状态下的动态响应和航向稳定性，进而优化船舶的操纵性能。

优化船舶的操纵性能可以提高船舶的航行安全性和操纵的灵活性。

综上所述，在船舶流体力学中的水动力分析与设计中，船体外形设计、船舶推进性能和船舶操纵性能是需要重点关注和优化的方面。

通过数值模拟和实验手段，可以对船舶的水动力进行分析和优化，提高船舶的速度性能、燃油经济性、航行安全性和操纵灵活性。

水动力分析与设计的优化可以为船舶设计和船舶运营提供科学的依据，为航运行业的发展和技术进步做出贡献。

船舶结构与动力性能分析及优化设计船舶是人类征服海洋的主要工具之一，具有不同类型、不同功能和不同性能的船舶应运而生。

从古至今，随着技术的不断进步，船舶的种类和性能也在不断提高。

而优化船舶的结构和动力性能是提高船舶性能的重要措施。

船舶结构是指船体的整体结构、布局以及各个部分的形状、大小、材料等方面的设计。

船舶结构的合理性对船舶的载重量、速度、航行稳定性、抵御风浪、抵御海洋环境的能力等有直接的影响。

船体结构一般分为下部结构和上部结构。

下部结构包括船底、船侧以及船首和船尾，这部分结构是保证船舶靠岸时船体的稳定而不倾覆的主要部分。

而上部结构除了具备保证乘员舒适度、装载货物容易等特点外，还起到削浪、防滑、隔水、防火等作用。

为了优化船舶的结构，在设计时需要考虑船舶的使用条件和工作环境。

比如，船舶要在海上波浪汹涌的情况下行驶，必须考虑船舶的抗浪性能。

此外，为了减少阻力、提高速度，船舶的结构设计还需要采用流线型结构，在船舶外形设计中选择适当的平面形状、型线形状等都是优化船舶结构的重要因素。

船舶动力性能是指船舶在航行过程中的速度、稳定性、操纵性等技术指标。

船舶动力性能的优化是通过对船舶的发动机、推进系统以及舵系统等方面进行设计和改进来实现。

其中，发动机的选型和安装位置直接影响船舶的推进性能和速度。

采用新型高效节能的发动机，能有效提高船舶的经济效益和竞争力。

推进系统包括螺旋桨、舵系统，还需要对噪音、振动等方面进行考虑，以充分发挥船舶的动力性能。

此外，还要注意船舶航向稳定性、操纵性等方面的设计，以保证船舶在航行中的安全、稳定、高效。

为了更好地优化船舶的结构和动力性能，还需要开展船舶模拟和数值计算分析。

对于大型船舶和复杂场景的航行情况，数值模拟可以比较好地模拟船舶在水下和水面下的运动状态、流体力学特性，对船舶的水动力性能、制造工艺和航速性能等方面进行综合分析和考虑。

船舶模拟分析计算也为船舶的维护和改进提供了依据和支持，能够对船舶运营过程中可能出现的问题提前作出预判，并采取适当的措施进行改进或优化。

2016—2017年船舶与海洋工程行业分析报告摘要船舶工业是集劳动密集型、资金密集型和技术密集型于一身的综合性产业。

随着世界产业结构的调整，国际船舶工业正逐步走向新一轮的结构调整与产业转移期，造船产业重心在逐渐产生变化，不断由先行工业化国家向后起工业化国家转移。

世界船舶工业的产业转移主要表现在两个方面:一是船舶工业中心从西欧向东亚的转移；二是东亚内部的产业转移。

目前，世界造船格局呈现出韩、日、中、欧四极格局。

从产业周期看，韩国处于成长期的后期，发展潜力有限，而且随着近年来韩元升值幅度较大，劳动力成本居高不下，竞争力已出现下降迹象；日本已进入成熟期，欧洲已进入衰退期，只有中国刚刚进入稳定成长期，发展空间和潜力巨大。

我国政府在“十二五”期间将对船舶工业给予重点扶持和优先发展，为此，本报告分别从行业特点，行业国内外发展现状、行业竞争形势等方面对世界船舶工业进行了系统化的研究，在此基础上，分析了我国船舶工业在世界所处的地位；继而，在阐述行业发展环境之后，分析了我国船舶工业市场形势并进行了规模预测，采用龚伯兹曲线法进行量化研究，得出我国船舶工业市场处于稳定发展阶段；随后，结合我国船舶工业市场结构特点，从主业、规模和产能等角度介绍了国内主要的造船企业；最后，结合笔者的一些认识，给出了船舶市场投资、船舶企业经营等方面的建议。

为使本报告更具有现实性和可操性，对于船舶工业的衍生产业——海洋工程，笔者重点阐述了我国海洋平台的种类与发展方向、海洋工程装备制造业的发展及面临的主要问题等。

关键词：船舶工业；发展现状；行业地位；市场分析；行业生命周期；海洋工程船舶类一、行业的界定和特点（一）行业定义船舶工业，亦称“造船工业”或“造船业”，是承担各种军民用舰船及其他浮动工具的设计、建造、维修和试验及其配套设备生产的重工业。

作为集劳动密集型、资金密集型和技术密集型于一身的综合性产业，船舶工业己成为我国为数不多的几个具备了较强国际竞争力的外向型产业之一。