船舶随浪运动稳性仿真计算

本文利用Ｌｉａｐｕｎｏｖ理论，研究了船舶在规则波浪运动的稳性；利用摄动理论，求解出船舶运动响应；并讨论了船舶横摇与垂荡运动频率、最大横摇角和波浪要素对稳性曲线ＧＺ的影响，以及流体动压力对稳性曲线的修正，从而给计算船舶在随浪中的稳性提供了一种方法。     

瘫船稳性第二层薄弱性衡准研究

基于IMO第二代完整稳性草案中瘫船稳性第二层薄弱性衡准的有关研究,分析草案提出的简化计算方法,采用一个单自由度船舶横摇运动微分方程,利用例船CEHIPAR2792数据,编译相应程序,求得不规则横风横浪作用下瘫船横摇运动相应特征,进而计算特定海况下的倾覆概率及特定海区的平均倾覆指数,并与草案值进行对比。分析不同拟合扶正力臂曲线方法和剩余稳性高对计算结果的影响,并对瘫船稳性第二层薄弱性衡准方法进行修改。     

涌浪作用下港内大型集装箱船运动特性数值研究

随着船舶大型化和港口建设深水化发展,外海不同周期波浪作用下大型系泊船泊稳问题与小型系泊船相比出现了新的特点。为此,利用数值模型方法研究了在不同入射角度和周期的涌浪作用下港内大型系泊船的水动力响应,针对系泊船的泊稳情况探讨了船舶的运动规律和运动特性。研究发现,在涌浪周期较大的情况下,限定波高的泊稳标准不足以用来确定系泊船的正常作业条件,港内泊船的水平运动（纵荡、横荡和艏摇）极易超出运动标准值并影响装卸作业效率,并且船舶的水平运动表现出主要由次重力波主导的低频运动特性,而垂直运动（垂荡、横摇和纵摇）表现出主要由短波主导的波频运动特性。     

规则波中船舶复原力和参数横摇研究

为研究规则波中船舶复原力变化规律及其对参数横摇的影响,首先,基于切片理论求解出船舶无横倾时在波浪中时间序列垂荡和纵摇运动,确定出波面与船体的相对位置;其次,利用三个坐标系之间的转换关系进而确定规则波中船体各横剖面左右舷与波面瞬时交点,求得各浸水剖面面积;然后对波浪压力沿船长湿表面积分,得出规则波中船舶复原力的Froude-Krylov部分。同时,利用作用在横倾船舶上的辐射力和绕射力,求出规则波中船舶复原力辐射力和绕射力部分。在复原力计算的基础上,确定一个参数横摇模型,实现波浪中参数横摇计算。以一艘集装箱船为例,研究了规则波中复原力变化以及参数横摇规律,复原力变化幅度是影响参数横摇的一个重要因素。     

不规则波下船舶运动响应特征数值分析

针对不规则波浪作用下Wigley型船的运动响应问题进行了系统的研究,采用统计学方法深入探讨了船舶不规则运动幅值和响应周期的分布规律,并通过傅里叶变换对船舶运动响应进行了频谱特征分析。结果表明,船舶横摇方向与升沉和纵摇方向随机运动的响应特征有显著差异。在升沉与纵摇方向,波浪谱峰频率远离自振频率,前十分之一大振幅运动对应周期离散性较小,基本稳定在波浪谱峰周期附近,但小振幅运动周期分布离散性较大,频谱分析指出船舶升沉与纵摇运动响应频谱在波浪谱峰频率附近出现明显峰值。而在横摇方向,波浪谱峰频率与自振频率相耦合,不同振幅的横摇运动响应周期均稳定在自振周期附近,且周期离散性较小,频谱分析也表明横摇运动响应频谱主要集中于船舶运动自振频率附近。     

利用双水舱减摇系统预防船舶参数横摇研究

在研究船舶参数横摇的产生原因和发生条件的基础上,结合减摇水舱对于船舶的作用效果研究,根据参数横摇的特点,提出利用由两个不同结构的被动式U型减摇水舱组成的双水舱系统来避免船舶参数横摇的发生。在所建立的船舶—双水舱系统模型的基础上,介绍双水舱系统的设计方法,并以一艘集装箱船为例,仿真研究在参数横摇发生条件下双水舱系统对参数横摇的影响。同时还对双水舱系统在船舶正常航行时的减摇效果进行仿真研究。     

船舶随机参-强激励横摇概率密度函数的半解析方法研究

参数激励横摇是第二代稳性衡准的重要研究内容,本文基于此研究了随机斜浪中船舶在参-强激励下的横摇运动。将随机海浪波面升高处理为窄带随机过程,使其分解为两个互不相关的随机过程,从而简化了随机波面函数的表达形式。基于切片法数值求解复原力臂函数,并用解析表达式进行拟合。建立了船舶参-强激励横摇运动方程,以C11型集装箱船为例,分别应用解析方法(能量包线随机平均法)和数值方法(蒙特卡洛法)求解了顶浪150°时横摇响应的概率密度函数。通过对两种方法得到的计算结果进行对比,验证了解析方法和数值方法的正确性。最后,对横摇响应概率进行敏感性分析,研究了特征波长对横摇响应概率的影响。     

基于势流模型的双体船耐波性能研究

双体船由于其优良的快速性和横稳性等特性,在民用和军用中应用广泛。针对无限水深下迎浪、斜浪中自由运动的WigleyⅢ双体船,利用线性势流软件WAMIT,通过调整片体间距,对双体船的水动力系数及船体运动响应进行计算和比较,分析不同片体间距的双体船的耐波性。结果发现,片体间距较小的双体船附加质量系数较小,垂荡、纵摇阻尼系数显著增大,垂荡和纵摇运动响应幅值增大,且附加质量系数为负值时的系数绝对大小和频率范围随着片体间距的减小而变大。同时,片体间距越小的双体船间的流体干扰作用令自由面运动响应更加剧烈,迎浪下船体垂荡运动响应略有增大,纵摇运动响应略有减小;而斜浪下垂荡、纵摇、横摇运动响应均增大,船体的耐波性较差。当片体间距较大,在某一频率入射波下,双体船运动响应接近为零,且该频率随着片体间距的增大而减小。另外说明,相较于阻尼系数,附加质量系数对船体运动的影响更大。     

高海况下无人水下航行器的横摇运动分析

为明确高海况下海况等级对无人水下航行器横摇运动的影响,得出满足某型无人水下航行器安全回收的海况条件,对高海况下无人水下航行器的横摇运动进行分析。运用频率响应法,分别在4级、5级和6级海况下,根据海浪谱密度函数和该型航行器的横摇频率响应函数,求得其横摇运动谱密度函数。再运用公式推导,得到其横摇运动的时域函数。使用MATLAB仿真软件对该型航行器进行横摇运动仿真,得到3种海况条件下,其横摇运动的时域函数图像,并验证仿真结果的准确性。仿真结论:高海况下的海况等级对无人水下航行器的横摇幅度有较大影响,满足其安全回收的海况条件为5级海况。     

涌浪环境中铺管船横摇机理及模型试验研究

"海洋石油201"号等多艘铺管船在东海海域进行铺管施工时受低频涌浪环境影响横摇运动强烈,严重影响了正常铺管作业。为了分析铺管船横摇过大的原因,从理论上分析了铺管船可能发生较大横摇的波浪条件,并对"海洋石油201"号铺管船在遭遇波浪周期等于横摇固有周期1/2倍和1倍,不同波高的规则波中航向角分别为0°、30°、60°和90°时的运动特性进行了模型试验。试验结果表明铺管船遭遇周期为其横摇固有周期一半的涌浪时未发生参数横摇,而遭遇与其横摇固有周期接近的涌浪时发生谐摇是导致其横摇运动过大的原因。研究成果与相应的气象资料结合,可为铺管船施工气候窗口的选择提供依据。     

移动式平台稳性计算方法

移动式平台由于要计算其不同倾斜方向的稳性,工作量比常规船舶大得多。上海交通大学编制了移动式平台稳性计算程序系统。本文对其中的稳性横截曲线、风倾力臂横截曲线、静水力曲线和浮态的计算方法作简单的叙述,并给出了实例的计算结果和分析。     

超细长三体船耐波性试验研究

通过三体船模型耐波性试验,包括横摇试验,规则波中的迎浪试验,研究了侧体布置位置和舭龙骨对三体船横摇运动的影响以及在波浪中的纵摇和垂荡运动特点。     

航行体近水面航行附加质量与阻尼的数值研究

航行体近水面航行时会引起周围流场中流体的惯性运动,动能会随波浪扩散而耗散,航行体近水面运动时固有周期和幅值衰减率受水的影响可以用附加质量和阻尼系数描述。运用计算流体力学软件 STAR-CCM+开展航行体近水面自由横摇与纵摇衰减运动的数值仿真,根据不同初始角度条件下仿真得到的自由衰减时历曲线,分别计算横摇与纵摇的附加质量与阻尼系数,并结合实际运动情况,对不同初始角度条件下附加质量与阻尼系数的变化成因分别进行分析。     

第五讲 船舶运动性能是优选航线的重要依据

前面已经谈到,海洋水文气象条件是航行安全和经济航运的重要保证。在海洋环境中,船会遇到风、浪、流引起的阻力,也会发生遥摆砰击,结果往往导致航行失速、结构损伤,甚至造成严重的海难。而且,不同类型的船,即使在相同的海况条件下,呈现的运动状态也很不相同,所以在优选航线过程中不能忽视船舶本身的运动性能。 船的摇摆和砰击 船的摇摆包含6个方面的自由度: 1.横摇──围绕船的纵轴（由船头至船尾方向）所作的运动; 2.纵摇──围绕船的横轴所作的运动; 3.垂荡──船在垂直方向上的运动; 4.偏航──船体围绕垂直轴向的运动; 5.横飘──船体侧向运动。 6.前冲──船体纵向运动。 船的摇摆运动可用波动定律来描述,类似复合摆的运动,由简谐分析求得横摇和纵摇的     

半潜式平台垂向运动低频响应特性

对半潜式平台垂向运动性能(包括垂荡、横摇和纵摇)进行数值计算分析。与模型试验结果的比较表明,对于半潜式平台这类由柱体组成的结构物进行水动力数值预报,忽略粘性力作用会使得低频运动响应计算结果产生偏差,需要应用三维势流理论和Morison公式相结合的方法。横摇和纵摇运动固有频率均低于波浪频率,在波浪慢漂力作用下会出现显著低频运动响应。垂荡运动是否出现低频响应则与所处海况联系紧密。     

深水起重铺管船作业性能理论与试验研究

首先应用三维势流理论及时域模拟计算方法,对我国第一艘深水起重铺管船的铺管、起重状态的运动进行模拟,然后将计算结果与模型试验的结果进行比较分析。结果发现该船的横摇偏大,建议加减摇措施;起重状态时,起吊点高度和吊索长度对船的横摇和吊钩的运动有较大影响。这些结果为起重铺管船的生产应用等提供一定的技术依据。     

定位浮标在波浪中的动态响应

定位浮标是为满足水下蛙人部队定位要求而设计的。定位浮标的升沉和横摇运动对海水中换能器阵的水声定位精度影响较大，而使定位浮标产生这两种振荡的主要激励源是波浪。在不考虑流和风对浮标作用的前提下，以规则波作为激励源，研究了定位浮标在波浪激励下的两种运动模型，然后用计算机对横摇和升沉运动模型进行了仿真，最后从运动模型出发提出了减少浮标振幅的有效办法，这对定位浮标结构设计有重要意义。     

多圆柱体浮标的横摇性能分析

横摇性能是评价浮标在海上运动稳定性的重要参数之一,它直接影响浮标在海中漂浮的姿态和对天线束宽的要求,这对于卫星通讯浮标尤为重要,因此大多数的浮标主体外形为横摇性能较好的球体,但是球体浮标不适合被无人机携带。本文设计了一种用于空投横摇性能较好的圆柱体浮标,通过研究圆柱体浮标尺寸形状与横摇性能的关系,分析不同尺寸下圆柱体浮标横摇性能随直径与高度的比值(径高比)的变化趋势。同时,分析了同种海况下球体浮标横摇性能随直径的变化趋势作为对比,发现圆柱体浮标的横摇放大因子随径高比增大而先增大后减小,从而确定多圆柱体浮标的设计方案,数值模拟该形状浮标在5级海况下的横摇性能,计算得到稳定状态下的最大横摇角度小于20°。另外进行了海上试验,浮标在有效波高为1 m的海浪中的最大横摇倾角约为16°,符合设计要求。     

新型半潜式海上风力机基础水动力特性研究

概念性地设计了一种新型半潜式海上风力机基础,确定了结构的型式和尺寸,对风浪联合作用下不同工况的风力机基础稳性进行了校核.考虑黏性阻尼和二阶波浪力的作用,计算分析了风力机基础的水动力系数、幅频运动以及动力响应特性.结果表明,经过改进的新型风力机基础具有良好的稳性和水动力性能,特别是在垂荡性能上有大幅的提升.波浪入射角度对垂荡的影响不大,但对其他自由度RAOs影响较大.垂荡、横摇和纵摇RAOs均存在一个主峰值和次峰值,但峰值周期均远离波能集中区.此外还发现,不同工况下风浪入射角对风机系统的动力响应和系泊力均有较大影响,相对于工作工况,极端工况下所受风荷载较小,但是系泊力更大.     

基于CFD船舶操纵性预报方法研究

基于CFD技术和重叠网格技术完成了黏性流场中KVLCC2船模的操纵性水动力导数的数值计算。为保证计算的精确性,进行了网格的收敛性分析,给出了合适的网格划分方法;通过数值模拟斜航运动、纯横荡运动和纯艏摇运动计算出的水动力与相应条件下的试验值对比,计算结果与试验值吻合良好,计算出的水动力导数准确度较高。基于MMG分离建模方法建立KVLCC2船模的操纵性数学模型,利用龙格-库塔算法求解微分方程组,对船舶操纵运动进行仿真。回转试验和Z形操舵试验的仿真结果与试验结果对比,其回转直径和轨迹都非常吻合,表明采用的船舶操纵性预报是可行的。