破损船体中间上浮下沉模拟方法：时域振荡器的仿真与验证

可在www.sciencedirect.com上在线获取计算设计与工程学报4（2017）1www.elsevier.com/locate/jcde一种破损船体中间上浮下沉模拟方法时域振荡器金柱成a，卢明一b，n，咸承浩aa大韩民国首尔国立大学船舶建筑和海洋工程系b大韩民国首尔市冠乐区冠乐路1号首尔国立大学海洋系统工程研究所造船与海洋工程系，邮编：08826接收日期：2015年11月17日;接收日期：2016年7月29日;接受日期：2016年9月22日2016年10月6日摘要当诸如船舶或海上结构物的救生艇在海中损坏时，需要确定救生艇是否会沉入水中。如果救生艇将沉没，应估计沉没的时间，制定应急预案。此外，应仔细调查渗血的原因。为此，本文提出了一种在时域内对破损船体进行中间上浮和下沉模拟的方法。所提出的方法的总体过程由几个步骤组成。在第一步中，准备受损船舶的数据，如船体形状和舱室。在第二步骤中，在每个时间步计算诸如考虑进水的增加的重量、重心、改变的浮力和浮力中心的浮船的物理特性。第三步，计算出螺旋桨的准静态平衡位置重复第二步和第三步，直到搅拌器达到下沉或平衡。因此，可以确定蒸发器的最终状态。为了检验所提出的方法的可行性，它被应用到一个简单的盒子问题。最后，将其应用于某驳船型破损船体的中间灌浆仿真。选择了两个具有不同位置的损坏孔的情况。结果表明，根据受损位置，船体可以保持平衡或下沉。估计了平衡时间或下沉时间&2016 计 算 设 计 与 工 程 学 会 。 出 版 社 ： Elsevier 这 是 一 个 在 CC BY-NC- ND 许 可 证 下 的 开 放 获 取 文 章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。关键词：中间注浆;模拟;破损注浆;准静态平衡;时域1. 介绍诸如商用船舶和海上设备的航行器接收重力和浮力，重力和浮力具有相同的量值但分别作用在相反的方向上。由于这两个力，即使存在外部干扰，螺旋桨也可以恢复到其平衡位置。如果由于事故损坏了自动喷水灭火系统，则有可能是损坏的自动喷水灭火系统在漏油。也就是说，如果恢复力不够，螺旋桨开始下沉。图1显示了几个因漏油而造成的事故n通讯作者。电子邮件地址：wntjd112@snu.ac.kr（J.- S. Kim），miroh@snu.ac.kr（M.- I. Roh），hsh0930@snu.ac.kr（S.- H.火腿）。由计算设计与工程学会负责进行同行评审。由于最近一艘驱逐舰的大小一直在增长，驱逐舰的安全性被认为比过去更重要当船体破损时，如何预测船体是否下沉以及能在水面上漂浮多长时间是一个此时，SOLAS（海上人命安全）、MARPOL（国际防止船舶污染海洋公约）和ICLL（国际载重线公约）等国际法规应考虑不确定性。这些规定主要集中在采矿程序的最后阶段（下沉）。然而，几起事故表明，了解灌浆过程的中间阶段也很重要，因为中间阶段可能比最后阶段更危险。图2示出了重新编程过程的主要阶段[1]。如图所示，中间阶段的螺旋桨运动比最后阶段的波动更大http://dx.doi.org/10.1016/j.jcde.2016.09.0052288-4300/2016计算设计与工程学会。&出版社：Elsevier这是一个在CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。2J. - S. Kim等人/计算设计与工程学报4（2017）1¼Fig. 1. 几个例子，由juebooding。图二. 第一节主要内容[1]。因此，重要的是不仅要在最后阶段，而且要在中间阶段的灌浆过程中评估灌浆机的运动。此外，如果游泳者不能有一个平衡的位置，它开始下沉。因此，有必要评估船舶是否会下沉，并在下沉的情况下估计下沉的时间。因此，快速、稳定、可接受的时域分析是进行渗流仿真的前提。静态方法由于其简单性而不足以应用于中间阶段。另外，CFD（Computational Fluid Dynamics）方法对于渗流模拟来说速度太慢，而且复杂度太高.因此，对于渗流的模拟通常采用准静态的方法。模拟应能给出随时间推移的救生艇运动（位置和姿态）、下沉时间等结果，这些结果可用于确定救生艇的营救或放弃策略以及调查救生艇沉没的原因[2]。本文的组织结构如下。第二节介绍相关研究。第三节介绍了受损船舶的打捞和下沉过程。第4节介绍了中间层渗流和下沉模拟的理论背景。第5节显示了中间层灌浆和下沉模拟的整个过程和实施。第6节描述了模拟示例及其结果。最后，第7节给出了结论和建议未来的工作。2. 相关研究到目前为止，已经有几个相关的研究仿真编程。Park等人[3]对一艘破损的驳船型船舶进行了中间排水模拟，该船的破损孔位于船底。船舶运动是用准静态法计算。然而，他们没有考虑空气压缩的影响和损坏孔的各种位置。此外，他们只模拟了循环模拟的中间阶段Ruponen[1，4]和Dankowski[2，5-他们计算了受损船只在每一个时间步的平衡位置，考虑了从受损洞流入的水。他们还将结果与实验数据进行了比较。然而，他们只模拟了中间阶段的血液循环模拟。此外，Ruponen在计算受损隔室中的水量时使用了基于水线面的方法[1]。对于具有复杂形状的隔室，根据基于水线面的方法计算的水量可能存在一些误差，因为在方法[4，8]中水线面面积是近似的。也就是说，他通过对隔室中的水量的导数进行积分（近似水平面面积 * 隔室中的水高度的导数）来计算隔室中的水量。而丹可夫斯基则利用内插法，由船舶在一定姿态下舱内的水面高度计算出舱内的水量。这些方法需要减少由近似或内插引起的误差的迭代过程。Lee等人[9]使用CFD方法计算了完好和受损船舶的运动。他们将模拟结果与实验数据进行了比较。然而，他们没有考虑通过损坏的孔进入的水的重量增加和空气压缩的影响。 空气压缩加快了水的渗出速度，因为由于进入的水引起的空气压缩可以防止进一步的渗出过程。他们主要集中在运动本身时，损坏的隔间已经充满了海水在中间的淤泥阶段。J. - S. Kim等人/计算设计与工程学报4（2017）13表1本研究与相关研究的比较。Park等人[3]第一章Ruponen[1，4]Dankowski[2，5Lee等人[9]第一章本研究分析方法准静态准静态准静态CFD准静态对来水的思考OOOXO关于空气压缩XOOXO损坏孔固定各种各种固定各种最后阶段的下沉模拟XXXXO体积计算–水线面法插值方法–多面体积分法图三. 损坏的锅炉注水程序。如前所述，大多数研究都有一定的局限性，对血液循环的模拟。为了进行更真实的渗流模拟，还采用了准静态方法，并考虑了由于进水而增加的重量、空气压缩的影响以及不同位置的损坏孔。此外，采用多面体积分法计算了受损舱室内的水量，该方法不考虑舱室的复杂性和航行器姿态的影响，可以准确地计算出受损在该方法中，可以通过整合隔室和水平面的周围面来精确计算水量[10]。表1显示了本研究与相关研究的比较。3. 受损船舶浸水下沉程序一旦潜水器损坏或开口暴露在海平面下，损坏的潜水器由于损坏的隔间或开口而溢出。此时，图3示出了损坏的涂覆器的重新涂覆过程海水开始进入损坏的隔室（图3-1）。由于重量的增加，螺旋桨的平衡位置发生了变化（图3- 2）。由于静水压力的变化，更多的水进入受损隔室，直到内部压力与外部压力相同（图3- 3）。最后，螺旋桨在平衡位置停止运动（图3- 4）。为了模拟这种状态，我们需要执行中间模拟。有时候，受损的人可能会根据受损的程度而沉没。 在这个时候，Fig。 4显示下沉损坏的自动驾驶仪的程序。如果不能找到受损的潜水器的平衡位置，则开始下沉程序（图4- 1）。损坏的船体的平衡位置是通过比较重心和浮心之间的力臂来确定的（图10）。4- 2）。如果受损的螺旋桨在任何位置都不能满足平衡条件，则受损的螺旋桨将继续旋转并下沉（图4-3）。为了完全模拟这种状态，我们需要执行下沉模拟。4. 中间层冒沉模拟的理论背景在这一部分中，描述了进行中间充水和下沉模拟的物理背景。关键的问题是我们如何处理水的流动和空气的流动在损坏的隔间的一艘驱逐舰。基本上，水流和空气流由具有能量损失的伯努利方程确定。介绍了水射流和空气射流的几个基本假设和控制方程。4.1. 假设Ruponen[1]、Dankowski[2]和Papanikolaou[11]使用了几个假设来进行中间层的模拟。本研究也采用了这些假设。首先，忽略了几个因素，如施加的力和时间持续时间时，损坏。虽然这些因素会影响受损的锅炉，但很难知道它们对锅炉的影响，而且瞬态阶段的持续时间相对较短，如图2所示。第二，在Ruponen的研究中，海况被认为是平静的海。根据欧盟研究项目HARDER，90%的碰撞事故发生在平静的海面或浪高小于2.0米的地方[12]。并且已知，受损的船舶在平静海面和显著波高为2.0 M.因此，我们有理由认为海面是平静的。第三，考虑水和自由表面效应，采用准静态法计算了平衡状态。其次，水流和空气流是无粘性和无旋的。水流是不可压缩的。此外，还忽略了来水的晃动和惯性.在包括本研究在内的许多研究中，这些影响被忽略，无法进行快速有效的模 拟 。 最 后 ， 根 据 先 前 的 研 究 ， 如 Ruponen[1] 和Dankowski[2]，4J. - S. Kim等人/计算设计与工程学报4（2017）1ρ2w;i我Kρ2w;kJK22uw;kρ24.2. 水流控制方程我 ρW见图4。 损坏的潜水器的下沉程序。在该图中，pi和pj分别是隔室i和j的气压，Hi和Hj分别是隔室i和j的水高度，Hi和Hk分别是点i和k的高度。在点i处的水流可以表示为等式（1）。（二）、Zdp1u2W公司简介ð2Þ其中ρw是水的密度，u w，i是水在i点的速度。类似地，在点k处的水流量可以表示为等式（1）。（三）、Zdp1u2W公司简介ð3Þ其中u，w，k是水在点k处的速度。然后，Ci和Ck的大小相同，因为i和k都存在于同一流线A上。因此，在水流的情况下，流线A可以由方程表示。（四）、Zkdp12 2我Wρ当开口的尺寸小时，假设开口上的光通量是恒定的。本研究中使用的开口尺寸与螺旋桨的尺寸相比足够小。因此，这个假设是合理的。假设在远离开口（点k）的点i（uw，i）处的水的速度可以 忽 略 不 计 。 这 一 假 设 得 到 了 Ruponen[1] 和Dankowski[2 ， 5 因 此 ， Eq 。 （ 4 ） 可 以 表 示 为 Eq 。（五）、Zkdp12水流量可以从伯努利方程确定（一）.Zdp1u2高¼C图6示出了通过开口的气流膨胀。这股气流会导致一定的能量损失。该能量损失可以通过增加与开口处的水的速度的平方（uw，k）成比例的经验项来考虑，如下：如Eq. （六）、式中，p为空气压力，单位为kPa，ρ为12中的液体密度kg/m3，u为气流速度，单位为m/s，g为重力加速度，单位为m/s2，h为参考高度，单位为m，C为同一流线上的常数，单位为m2/s2。图图5示出了两个隔室之间的水流。2kL uw;k6其中kL是能量损失的无量纲系数[1，2]。我K图五. 两个隔室之间的水流配置。J. - S. Kim等人/计算设计与工程学报4（2017）152kLρwuw;k<$42kLρw22ρwkL1dp2ρwuw;kρwgHj-Hi2kLρwuw;k<$07LwAw2ρwuw;k< $4ρwρwg½maxHj-Hk;0]12因此，空气压力和静水压力的总和可以由方程表示：（13）和（14）。一般来说，这被称为有效压力。Pipipwg½maxHi-Hk;0]13Pjpjpwg½maxHj-Hk;0]14然后，第一项和第三项可以表示为Eq。（十五）、pj-类似地，第四项也可以根据在点k处的水的质量流量来求解，则第四项可以被表述为等式（1）。（十六）、121. m_w;k=2ρWAw;k替换Eqs。（15），（16），（17），（18），（19），（7），则Eq。（17）可以得到。见图6。 描述通过开口的气流膨胀。1. m_w;k=2ρWAw;k此外，假定ρw在水的情况下为常数快因此，方程（7）可以从Eq.（五）、在定义了能量损失的量纲系数（Kw，k，单位kg-1 m-1）后，如方程式（1）所示（十八）、Zk1212我k1ρ;k2当量（7）由四个项组成。第一项的物理意义是在点k处隔室i和j之间的空气压力差，如等式（1）所示（八）、当量（17）可以写成Eq。（十九）、1 Km_ ¼P-P2ð19Þw; kZK我w;k i jdp pj- pi8第二项表示点k处的动能。在点k处的水的质量流量的方程可以表述为方程：（九）、绝对值可用于定义水龙头因此，Eq。（19）可以用Eq.（20）. 当量（20）是修正的伯努利水流方程。水的质量流量可以通过解这个方程来计算。m_w;k<$ρwAw;kuw;k9式中，m_w;k为k点处水的质量流量，单位为kg/s，Aw，k是开口面积，单位为m2。根据水的质量流量求解第二项12 Kw;km_ w;k.m_w;k. ¼ P i-P jð20Þ在点k处，则第二项变成等式。（十）、4.3. 气流控制方程121. m_w;k=2ρWAw;k空气流速也可以由伯努利方程确定方程，如Eq. （一）. 图7所示为气流其次，第三项是指在点k处隔室i和j之间的流体静压差。如果隔室的水高度低于隔室的高度在两个隔间之间。在这个图中，Hq和Hr是点q和r的高度。在点q处的空气流量可以表示为等式（1）。（21）.开口处没有流体静压力，Zdp1u2HgH1/4Cð21Þ车厢因此，当Hi或Hj高于Hk时，每个流体静压力可以通过方程计算（11）和（12）。ρa2a;qqρwg½maxHi-Hk;0]11其中ρa是空气的密度，ua，q是空气在点q处的速度。ð16Þ1/4 Pi-Pj1700Kw; k¼ð18Þð10Þ6J. - S. Kim等人/计算设计与工程学报4（2017）1p2ua;r<$0272La;rp 2ua;r2ua;r¼ 22kL ua;r<$42kL2ua;r<$01克m_a;rp0pi¼ln¼ρ2a;rrrþ.u-uρ0Qρ0Q因此，替换Eq.（26）在Eq.（24）使Eq。（27）.p0Zrdp12该能量损失可以通过添加与开口处的空气速度的平方（ua，r）成比例的经验项来考虑，如等式（1）所示（28）[1、2]。1k u228因此，方程（29）可以从方程中推导出（27）.p0Zrdp1212当量（29）由三个术语组成。第一个术语的物理意义是在点r处，舱i和j之间的气压差。的第一项Eq。（29）可以写成Eq。（30）.p0Zrdp均p0.pi！图7.第一次会议。两个隔室之间的气流配置ρ0qlnp ρ0 pjð30Þ类似地，在点r处的空气流量可以表示为等式（1）。（二十二）、Zdp1u2 2019- 04- 22第二项的物理意义是动能。点r处空气质量流量的方程可以表述为方程：（31）.m_a;r<$paAa;rua;r31式中，m_ar为r点处空气的质量流量，单位为kg/s，Aa;是上开口（点R）的面积a，r其中ua，r是点r处的空气速度。然后，Cq和Cr的大小相同，因为q点和r点都存在于同一流线B上。因此，用点r处空气的质量流量来求解第二项，则第二项变为方程：（32）.因此，在空气湍流的情况下，流线B可以是12用Eq表示。（二十三）.1 .一、m_a;rΣ2共和民主党qρ a12 22a;r a;qg类似地，第三项也可以根据点r处的空气的质量流量来求解，则第三项可以被表述为等式：（三十三）。在空气湍流的情况下，势能很小与Eq的其他项相比。（二十三）.另外，假设12空气在点q（ua，q）处的速度可以忽略不计，1 .一 、m_a;rΣ2ρa;rAa;r上开口（点R）。因此，流线B可以由等式表示。（24页）。ZRDP12ρ替换Eqs。（30），（32）和（33）到方程。（29），然后Eq。（34）可以得到。.2002年。！þ1Þð34Þqa2L如果循环是等温的，那么波义耳定律可以应用于ρa;rAa;rρ0pj计算空气压力。当量（25）证明了波义耳定律。在定义了能量损失的量纲系数（Ka，r，单位kg-1 m-1）后，如方程式（1）所示（35），p0pρ¼ρð25ÞK¼kL 1ð35Þ0aa;rρa;kAa;k2其中ρ0和p0是大气空气密度，压力，分别。因此，ρa可以由等式表示（26）.当量（34）可以写成Eq。（36）。2ρa;rAa;rð32Þð33ÞZJ. - S. Kim等人/计算设计与工程学报4（2017）17一ρ0公司简介0ð26Þ1Km_1/4ρ p0ln.pi！ð36ÞJp8J. - S. Kim等人/计算设计与工程学报4（2017）12a;ra;ra;ra; rρ0p2Ka;rm_a;rm_a;r1/4分钟pi;pjn24y-七个见图8。 中间包模拟的整体过程。绝对值可以用来定义气流的方向。当量（36）可以用公式表示（三十七）.模拟，在这项研究中开发了一个原型程序。最后介绍了该方案的实现1 Km_。m_ 。1/4ρp0ln.pi！ð37ÞJ当考虑空气流的方向时，空气流从较高压力向较低压力前进因此，Eq。（38）满意。图8显示了中间体的整个过程。排水和下沉模拟。 如图所示，ρp0a; rρ0 1/4分钟pi;pj38分钟该模拟通过几个步骤来完成。第一步（图）8- 1）中，准备受损船舶的数据，例如船体形状、舱室、开口和受损孔。因此，Eq。（37）可以表示为等式。（39）。...pi！J船体形状和舱室的几何模型用于计算水下体积或水体积ð39Þ在车厢里。在第二步中（图8- 2），水和空气的质量流量通过使用调节器计算。此外，Eq。（41）可以通过应用泰勒严重，如方程。（40）。方程（Eq. （20）水和Eq。（41）空气）。在第三步（图8- 3）中，计算增加的水的重量及其重心（COG）。 第四步（图） 8 - 4），ylnx=yy26. x-1-. x1×325x-y40通过考虑水的初始重量和COG以及增加的水的重量和其COG来计算水的当前重量和COG。在第五步（图8- 5）中，改变了浮力，浮力（COB）的计算，考虑到12 Ka;rm_ a;r.m_a;r. 1/4 pi-pjð41Þ的初始浮力和COB和当量（41）是修正后的伯努利气流方程。通过求解这个方程，可以计算出空气的质量流量5. 中间体的总体过程和实施冒沉模拟在这一部分中，介绍了中间层冒沉模拟的整个过程。执行由于水的重量增加而改变吃水深度在这个同时，采用多面体积分法精确计算了体积和COB。第六步（图8- 6）计算出船体的准静态平衡位置，确定受损船体是否为非平衡状态，是不是在下沉如果没有找到平衡位置，则不可能达到平衡状态。这意味着该船处于下沉状态，即将下沉。因此，我们进入第二步（图8- 2），并试图找到平衡状态y5.1. 中间注浆下沉仿真p1J. - S. Kim等人/计算设计与工程学报4（2017）19见图9。 中间层渗流模拟程序。表2简单盒子的初始条件例子。方框1方框2隔室1隔室2隔室1隔室2水面高度（m）0707气压（atm）11洞口高度（m）2二、七点五再如果找到了蒸发器的平衡位置，则在第七步中检查水和空气的质量流量是否为零（图8- 7）。如果质量流量不为零，则说明该搅拌器处于中间搅拌状态，即将搅拌。因此，我们进入第二步（图8-2），试图再次找到平衡态。如果质量流是零，这意味着该船到达最终状态。该状态可以是平衡状态或下沉状态之一。因此，模拟结束，估计的均衡或下沉时间被计算为模拟的输出之一（图1）。 8 -8）。5.2.中间层冒落模拟的实现为了进行中间层冒泥和下沉的模拟，本研究开发了一个原型程序开发的程序包括五个部分：带状样式菜单，模型生成器（树视图），三维仿真视图，属性编辑器，和时间轴 。 程 序 采 用 C 语 言 和 WPF （ Window PresentationFoundation）实现。有了这个程序，损坏的救生艇的运动和下沉的时间可以检查或估计给定的损坏情况。图9示出了所开发的程序的屏幕截图。6. 中间包充填与下沉模拟的应用这一部分给出了一些例子来说明所提出的方法在本研究中的适用性。首先，对一个简单箱体进行了中间充液和下沉模拟。最后，以某驳船型船舶破损为例进行了仿真分析。6.1. 简单的框示例作为简单示例选择的两个盒子具有两个隔室。他们都躺在地上。盒子的一个隔室充满水，另一个隔室充满空气。然而，第一个盒子（盒子1）有一个开口，第二个盒子（盒子2）有两个开口。两个箱子都有水龙头。在第二个盒子的情况下，还有空气流动。表2显示了初始10J. - S. Kim等人/计算设计与工程学报4（2017）1见图10。 几何造型的简单盒子例子。表3简单盒子例子的仿真结果。方框1方框2隔室1隔室2隔室1隔室2水面高度（m）0.566.443.53.5气压（atm）1.070.6311图十一岁简单箱体实例的仿真结果可视化每一个盒子的情况。图10示出了模拟之前这两个盒子对于两个箱，根据图8中的模拟的整个过程，使用原型程序执行中间的灌浆和下沉模拟。很好地找到了两个盒子的平衡位置表3显示了最终状态下每个箱的水位和气压。在第一个盒子里，没有空气流动。因此，在模拟之后，两个隔室之间存在水高度和空气压力的差异另一方面，两个隔室之间的水高度和气压没有差异，空气在他们之间流动 图 11显示了模拟结果的可视化。6.2. 驳船型船舶示例下一个例子是关于一艘驳船型受损的驳船。也就是说，在这个例子中，受损的螺旋桨被简化为一个长方体。模拟的时间步长为0.01 s，并且在该示例中使用显式欧拉法作为积分方案。J. - S. Kim等人/计算设计与工程学报4（2017）111见图12。 这是一个简单的例子。6.2.1. 船舶的主要细节图12所示为船舶及其简化模型。本研究采用驳船式简易潜水器进行它有7个隔间：3个隔间在左舷，3个隔间在右舷，1个隔间在中心。表4所示为驳船型船舶的主要细节。6.2.2. 损害案件在模拟之前，根据损伤孔的位置定义了两种损伤情况。开口位于每个隔间的天花板和隔间之间。因此，每个隔室的空气压力为1个大气压。隔舱之间的开孔安装在距离洗舱机底部6.5 m以上的位置。此外，假设所有开口和破损孔洞均为长方形，其长宽均为3 m。假设水流的开口面积（Aw，k）和气流的开口面积（Aa，k），以及能量损失的无因次系数（kL）为9m2，表4驳船型船舶的主要特点。项目单元值总长度M120广度M21深度M13排水量（总重量）吨9040隔室数量–7表5有关开口和损坏孔的数据类型项目单位值开口数量- 13个（7个6个隔间之间）长度m 3宽度m30.09m2和0.7[ 1，2]。实例1中的破损孔位于螺旋桨的左舷底部，实例2中的破损孔位于螺旋桨的中底部。表5显示了关于开孔和破损孔的数据。图图13和图14示出了开口的构造，例1和例2的破损孔水流开孔面积（Aw，k）气流开孔面积（Aa，k）能量损失的无因次系数（kL）m29单位面积0.09–6.2.3. 案例模拟结果对于两种情况，根据图8中的模拟的整个过程，使用原型程序执行中间的冒泥和下沉模拟。在第一种情况下，受损的船体向左舷倾斜，由于进水从受损的孔中进入，船体开始下沉。随着更多的水进入隔间，受损的潜水艇会被淹没得更深。最后，由于气穴的空气压缩，损坏孔处的内部有效压力和外部有效压力变得相同，因此，430 s后，螺旋桨停止在平衡位置处运动。在最后状态下，如图17所示，倾角达到90°1，如图18所示，距离自由表面10 m。也就是说，对于情况1，划船者将在水上划船。图15示出了情况1的模拟结果的可视化在情况2中，损坏的螺旋桨开始螺旋桨而没有横摇运动，这是因为通过螺旋桨的进水破损孔 损坏孔数损坏孔 -中底（案例2）破洞。随着更多的水进入隔间，损坏的潜水器变得更深，最终潜水器在938秒时开始下沉，因为恢复力如图17所示，在模拟过程中，倾角不发生变化。如图18所示，浸没随着时间的推移而增加。也就是说，对于情况2，螺旋桨将下沉。图16示出了情况2的模拟结果的可视化。图17示出了横倾角在时域中的变化。如该图所示，情况1下，螺旋桨的横倾角为901，情况2下没有横倾角。在情况1中，可以看出，横倾角在翻土过程中发生了变化。案例1的血液循环速度比案例2快。图18示出了时域中浸没的变化。 如图所示，潜水器的浸没深度为10 m12J. - S. Kim等人/计算设计与工程学报4（2017）1∇在第一种情况下，在最终状态下从自由表面这就意味着，这艘游艇达到了平衡状态，并在水面上滑行在情况2中，可以看出，在重新加载期间，浸没发生了变化。这就意味着螺旋桨没有找到平衡位置，正在下沉。 根据这个模拟，情况1达到平衡的估计时间为430 s，情况2达到下沉的估计时间为938 s，如图2所示。 十八岁图19示出了横向稳心高度（GM）在时域中的变化。GM可由垂直浮力中心（KB）、垂直重心（KG）和横向稳心半径（BM）确定，如方程式（1）所示。（四十二）。GM<$KB-KGBBM<$KB-KGT42其中，IT是水平面绕纵轴的惯性矩，单位为m4，而Δ T是排水量，单位为m3。图13岁例1的开口和损坏孔的配置图十四岁例2的开口和损坏孔的如该图所示，随着潜水器浸入更深，潜水器的GM变得更大，直到大约200 s。此后，GM减小，因为BM由于驱替体积的增加而减小，KG由于进水而增大。在276秒时，螺旋桨失去了它的扶正力臂在情形1中，GM在均衡后不发生变化。在案例2中，还可以看到，随着螺旋桨浸入更深，GM变得更小，最终螺旋桨在938 s时失去了其扶正臂图20示出了水质量在时域中的变化。如图所示，随着潜水器浸入更深，更多的水进入隔间。在第一种情况下，当水的流动达到平衡状态时，水流停止约430 s。这意味着在平衡之后，压缩空气袋阻挡水进入隔室的逆流。在情况2中，可以看出，水的流速保持增加。这意味着压缩空气袋不能阻挡水流，因为潜水器一直在下沉。7. 结论和今后的工作本文提出了一种在时域内模拟破损船体中间上浮和下沉的方法为此，建立了破损船体的翻沉过程，并推导了模拟的控制方程。在此基础上，制定了仿真的总体流程，并开发了原型程序.为了验证该方法的可行性和适用性，将其应用于一个简单的盒子问题。最后，将其应用于某驳船型破损船体的中间灌浆仿真。结果表明，在横倾角为901，浸水深度为10 m时，案例1的船体可以达到平衡状态。另一方面，案例2的螺旋桨无法达到平衡，并且在没有横倾角的情况下下沉。根据该模拟，情况1达到平衡的估计时间为430 s，情况2下沉的估计时间为 938图十五岁案例1模拟结果的可视化J. - S. Kim等人/计算设计与工程学报4（2017）113图十六岁案例2模拟结果的可视化图十七岁横倾角在时域中的变化图20. 水体在时间域中的变化图十八岁时间域中浸没的变化图十九岁GM在时域中的变化作为未来的工作，将对这种模拟进行改进。首先，通过实验或事故报告对仿真结果进行验证。并将模拟应用于一个更现实的例子，损坏的油轮，具有复杂的船体形状和一些隔间。此外，还将对来水的晃动和惯性等动力效应进行研究。最后，对舱内不同密度的流体进行了模拟利益冲突提交人确认不存在利益冲突。确认这项工作得到了以下方面的部分支持：（a）韩国教育部资助的Brain Korea 21 Plus计划（首尔国立大学创意海上工厂工程师教育和研究中心），（b）教育科学技术部资助 的 韩 国 国 家 研 究 基 金 会 （ NRF ） 赠 款 （ 编 号2016R1A2B4016253），以及（c）海洋14J. - S. Kim等人/计算设计与工程学报4（2017）1韩国首尔国立大学系统工程系。引用[1] Ruponen P.受损客船的渐进式洪水（博士）thesis）。芬兰：赫尔辛基理工大学; 2007年。[2] 丹考斯基湾船舶浸水和沉没情景模拟的快速显式方法（博士学位）thesis）。德国：汉堡理工大学; 2013年。[3] Park SC，Lee DS，Park SH.《船舶水下损害对船速的影响》，载于韩国海洋环境安全学会会议集，韩国木浦，2001年，第110 - 119页。145[4] 鲁波宁山口一种模拟递进的压力修正方法通风和内部空气管道。船舶技术研究2006; 53（2）：63-73.[5] Dankowski H，Kruger S.一种快速、直接的时域损伤情景模拟方法，第11届国际海事会议论文集设计会议，格拉斯哥，英国、 2012年，第页545[6] 放大图片作者：Dankowski H.用渐进式爆炸法调查“强大的仆人3号”事故，第32届会议论文集海洋，近海和北极工程国际会议，南特，法国，2013年，pp。1-10。[7] Dankowski H，Russel P，Krugers S.对costa Concordia事故的新见解，在第33届海洋，近海和北极工程国际会议论文集，旧金山，美国，2014年，第33页。1[8] 帕坦卡尔体育俱乐部数值传热与流体流动。McGraw-HillInc; 1980年。[9] LeeSK，You JM，Lee HH，Lim TG，Rhee SH，Rhee KP. 为计算流体动力学验证而对受损船舶进行的初步试验。 J Nav Arch OceanEng 2012; 4（2）：172-81.[10] LeeSU，Roh MI，Cha JH，Lee KY 基于非流形多面体建模核的船舶舱室建模。Adv Eng Softw 2009; 40（5）：378-88.[11] Papanikolaou A ，Spanos D ，Bouloukouis E ， Eliopoulou E ，AlissafakiA.调查滚装客运渡轮Express Samina沉没，载于第8届船舶和海洋车辆集，西班牙马德里，2003年，第100页。31比48[12] Tagg R，Tuzcu C.基于性能的受损船舶生存评估，《第六届国际船舶稳定性研讨会论文集》，美国纽约，2002年，pp.288