波浪中的船舶砰击作为船舶与海洋工程领域的重点研究课题之一,涉及强非线性等特性。剧烈的砰击会严重降低船舶自身结构的疲劳强度,对船体结构造成损伤,因此在船舶设计过程中,应考虑强非线性砰击载荷对船体结构安全性的影响。本文使用基于CFD求解器的STAR-CCM+商业软件(下文简称为STAR),从简化结构楔形体入手,设计并开展了其入水砰击问题的数值仿真。将所得砰击力等数值结果和前人自相似解及试验结果对比,验证了数值模型的可靠性。重点对浅水效应展开计算,量化了水域底端壁面对砰击力、自由液面抬升等水动力系数的影响。在此基础上为深入研究砰击机理,对曲率更为复杂的船体剖面进行研究。考虑到预报船舶砰击载荷时可能会简化船艏外飘剖面,而简化前后剖面的水动力特性差异缺乏详细研究,本文对比分析了一种船艏外飘剖面和三种简化剖面的垂向砰击载荷、自由液面抬升等,为船艏外飘剖面的简化提供指导。最后针对集装箱船在大波高中的强非线性砰击问题进行研究,模拟了三维船体在迎浪、斜浪等不同工况下的砰击现象,重点分析船艏砰击载荷的分布、峰值等特性,为工程中的船舶砰击载荷预报提供了依据和指导。本文的主要研究内容如下:(1)介绍了 STAR中求解入水砰击问题所应用的有限体积法和流体控制方程等基本原理,并结合相关文献和研究基础给出了计算入水砰击问题的数值仿真关键技术。(2)以经典二维楔形体垂直入水冲击问题为例,建立无限水深下的楔形体入水砰击数值模型。通过与前人半解析解和试验结果的比较,验证了数值模型的有效性。在此基础上从压力场、自由液面抬升和砰击力三个方面分析了浅水效应,引入无因次比Rp、Rr、Cs来量化水域底端壁面对楔形体压力分布、湿长度、砰击力的影响。(3)以公开发表论文中的船体剖面为基础,设计建立了船艏外飘剖面和三种简化剖面入水砰击的数值模型。重点研究了船艏外飘剖面和简化剖面砰击力、自由液面抬升和砰击压力等水动力特性的异同及产生原因,为船艏外飘剖面的简化提供依据。(4)参考公开发表论文中的波浪数据,对特定大波高的波浪进行一阶VOF波模拟。随后以6750-TEU型集装箱船为研究对象,依据已验证的数值造波技术,对其进行两种特定大波高下的砰击仿真模拟,验证了船舶强非线性砰击载荷模型的有效性。最后根据浪向与船向夹角的不同,计算分析了该6750-TEU型集装箱船模型在迎浪、20°斜浪和45°斜浪情况下船舶砰击载荷的分布特性和规律。