（1）结构物出入水砰击载荷

船舶和水下航行器的高速入水问题一直被国内外学者广泛关注，相关的研究热点问题主要集中于航行器结构物入水过程中巨大的冲击载荷、入水过程中形成的空泡特性以及结构物的入水弹道特性等。结构物或航行器的高速入水过程是一个复杂的气、液、固的三相耦合作用问题，具有强烈非线性、耦合性和非定常性。伴随着航行器入水过程中周围环境的不断改变，航行器、空泡及自由液面之间产生复杂的相互作用。

采用Wagner和von Karman等解析方法、非线性边界元法的势流理论方法、CFD、SPH和CFD-FEM等数值模拟方法研究了结构物（例如楔形体、平板结构、加筋板结构、圆球、圆柱等回转体、水线航行器、鱼雷）的自由落体入水过程中的运动位移、加速度、砰击载荷、空化现象等，包括静水和波浪中的出入水问题。此外，建立了考虑航行器结构与流体、航行器结构与空泡、空泡与流体相互作用的一体化的时域模拟方法，将航行器结构、空化气泡、水和空气流体的相互作用综合考虑，充分考虑各类流固耦合问题，能够更精确地模拟高速航行器入水过程中的运动和受力情况，能够考虑并模拟水蒸汽、空气和水共三相流的相互作用问题，还能够考虑航行器结构的柔性变形效应及水弹性振动响应。

船舶与海洋结构物的出入水砰击载荷研究

（2）船体砰击与颤振载荷

船舶在高海况中航行时的局部砰击可引起全船的颤振响应，进而对全船结构安全性构成危险。因此，在船舶耐波性与波浪载荷研究中，除了关注局部发砰击压力外，还需考虑砰击引起的全船结构颤振响应。在已开展的船舶水弹性响应理论分析中，分别采用了Wagner冲击理论和动量冲击理论计算艏外飘砰击压力和外飘砰击力。此外，开展了自航船模砰击上浪试验（包括水池模型试验和大尺度模型试验）和落体入水砰击载荷试验（二维结构和三维艏部结构），并开展了基于CFD、CFD-FEM的相应的数值模拟分析。此外，还提出了基于船波相对运动的砰击载荷快速预报方法。研究内容涵盖了船舶在迎浪和斜浪的规则波、不规则波、短峰波、畸形波、方形波浪等复杂海况下的砰击与颤振响应。

船体局部砰击和全船颤振响应

（3）甲板上浪载荷

‌甲板上浪是指‌海浪冲击到船舶甲板上的一种现象。当船舶在海上航行时，尤其是在风浪较大的情况下，海浪会冲击到船的甲板上，这种现象被称为甲板上浪。甲板上浪的原因主要是由于船舶在波浪中航行时，海浪破碎并冲到甲板上，尤其是在船首部位。‌甲板上浪对船舶和人员有严重的影响。甲板上浪会使甲板上的设备、人员和甲板开口封闭装置面临安全威胁。甲板上浪还会导致甲板湿滑，增加人员落水的风险。此外，甲板上浪还会增大‌货物系固设备的负荷，可能导致货物移位、船舶失去稳性，甚至造成‌货损和船舶翻沉。

在船舶耐波性的理论计算中，分别采用溃坝（dam breaking）理论和洪水波（flood waves）理论计算了无航速和有航速情况下的甲板上浪载荷，并与船体运动方程进行耦合，能够预报上浪水柱高度的变化情况和船体甲板的砰击上浪载荷。在CFD、SPH、CFD-FEM等船舶耐波性仿真计算中，模拟了高海况下的船舶甲板上浪载荷。在水池模型试验和实际海况下的大尺度模型试验中，采用压力传感器、浪高仪、摄像系统等对甲板上浪情况进行测量。

船舶甲板上浪载荷研究

（4）液舱晃荡

液体晃荡现象在工程的各个领域广泛存在，从广义的范畴讲它是指容器内液体介质的运动。除空载和满载外，可以说任何一个载液系统在一定条件下都可能发生晃荡现象。而在船舶领域，由于液货船舶的大型化趋势，使得液舱晃荡问题得到越来越多关注。随着世界经济的发展,对于液化天然气（LNG）、液化石油气（LPG）等能源的消费需求也在快速增长，这大大刺激了船舶运输技术的不断提高，从而开发了大型液化天然气船（LNG船）、超大型液化气船（VLGC船）等液货船。如何降低晃荡载荷、保证船舶结构的安全，是当今迫切需要解决的问题。针对液舱晃荡问题，课题组开展了一些列工作，主要包括：独立液舱晃荡的CFD和SPH的数值模拟、六自由度运动平台的试验研究；液舱晃荡与船舶浮体运动的耦合模拟分析、考虑弹性舱壁的液舱晃荡的CFD-FEM、SPH-FEM和模型试验研究。

液舱晃荡的数值模拟与试验研究