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。     

船舶随浪运动隐性仿真计算

本文利用Ｌｉａｐｕｎｏｖ理论，研究了船舶在规划波良运动的稳性；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。     

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。     

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。     

浮基多体系统在波浪中展开的数值模拟

浮基多体系统在波浪中展开过程的顺序与快慢对系统的运动响应和连接处的力矩有较大影响。介绍了建立在齐次矩阵方法基础上的浮基多体系统时域运动求解,并对一具体浮基系统进行了建模和数值模拟,分析了上部机构以一定规律快速展开和慢速展开时系统的运动响应。结果表明,把齐次矩阵方法引入浮基多体系统的求解领域,其符号推导方便,运动学和动力学方程表达式变得相当简洁,而且编制程序也相对简便快捷。在相同波浪周期的情况下,多体系统的最大横摇角响应与波高正相关;在相同波高情况下,长周期的最大横摇响应要比短周期小;相对于波周期,波高对系统横摇响应的影响要大的多。     

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。     

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。     

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。     

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Spar平台主体波浪载荷计算

用半解析方法研究孤立的截断的浮式Spar平台主体的一阶绕射问题,在入射波浪周期为4～40 s的范围内分别得到迎浪0(°)和45(°)角时的纵荡激励力、垂荡激励力和纵摇激励力矩图,得到的数值计算结果与MOSES和WAMIT应用软件计算结果一致.所得计算结果,可应用于Spar平台的运动计算.     

半潜式浮式风机支撑平台首摇运动特性分析

借助FAST软件对OC4半潜式浮式风机平台进行数值计算,分析了影响海上浮式风机平台首摇运动的一系列重要因素及其变化规律(如风向变化、浪向变化、陀螺力矩等)。研究了平台首摇运动所诱导的风机系统动力响应,发现浮式风机首摇运动不仅会加剧平台耦合运动响应,而且还会影响风机的气动性能和加剧锚泊张力波动。提出并探讨了几种减小海上浮式风机支撑平台首摇运动的方法。     

南海复杂海况下FPSO压力容器关键结构安全性分析及试验研究

压力容器是FPSO油气处理模块的关键装置,其内部原油在船体横摇运动作用下,对内壁产生冲击载荷,致使封头出现应力集中现象甚至开裂,严重威胁海洋石油开采和FPSO工作人员安全.本文以南海118号FPSO压力容器为例,结合南海实际海况,建立了船舶运动响应方程;开展了基于FLU-ENT 数值模拟计算的压力 容器关键结构安全性评...     

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。     

不同波长下KCS船运动响应与波浪增阻数值研究

准确预报船舶在波浪中的运动和力可以为船舶性能评估提供参考。采用naoe-FOAM-SJTU求解器,数值模拟固定和放开垂荡、纵摇自由度的KCS船在不同波长的迎浪规则波中的运动。首先运用数值造波方法生成不同波浪周期的Stokes一阶深水规则波,与Stokes波的理论值对比确保造波的准确性;然后计算固定或放开垂荡和纵摇自由度的KCS船在0.65 ≤ λ/L（波长/船长）≤1.95的遭遇波中的运动和阻力,研究KCS船的波浪增阻中绕射和辐射成分,且采用傅里叶分析法研究了运动与阻力的线性和非线性成分分布。结果表明,波浪绕射增阻受波长的影响不大,当波长接近船长时,船舶的垂荡和纵摇幅值以及波浪增阻均达到峰值,这主要由船体剧烈运动引起的辐射增阻导致,应避免船舶在此工况下航行。     

海洋导管架平台随机响应混合分析方法

采用将结构的解析分析和数值求解方法相结合的固定式海洋平台随机响应混合求解方法，考虑波浪－结构相互作用和基于最小二乘法原理的非线性曳力的影响。采取两个步骤，第一步进行与结构有关的特征值分析；第二基于谱方程进行响应估计，进行海洋平台的线性和非线性数值分析。     

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。     

沉箱基础对摇板式波浪能装置水动力性能影响研究

摇板式波浪能转换装置具有频率响应范围广、可靠性好、常规海况下转换效率高、建造成本低等优点。基于势流理论建立具有沉箱基础的摇板式波浪能装置水动力性能的解析解。将解析结果与文献中已有结果和边界元数值结果进行了对比,验证了解析解求解过程的正确性。通过算例分析,研究了波浪入射频率、沉箱基础高度、沉箱基础宽度、摇板位置、摇板厚度和摇板密度对装置能量俘获效率的影响。研究结果表明：采用合适高度的沉箱基础能显著提升装置性能;长波海况下,摇板铰接在沉箱基础背浪侧上表面时装置性能更佳,而短波海况下,摇板铰接在沉箱基础迎浪侧上表面更为合理;沉箱基础宽度的推荐值为0.5到1.0倍水深;适当减小摇板厚度能够提升装置性能;应优先选用密度较大的摇板。     

多消浪室开孔沉箱消浪特性的数值模拟研究

本文基于雷诺平均的Navier-Stokes方程和k-ε模型求解湍流流动,采用流体体积法(Volume of Fluid,VOF)追踪自由表面运动,建立无反射波浪数值水槽,对多消浪室开孔沉箱的消浪特性进行数值模拟研究。将单消浪室和多消浪室开孔沉箱反射系数和结构前波面分布的数值分析结果与物理模型试验结果进行对比验证,两者符合良好。利用数值算例,研究多消浪室开孔沉箱的反射特性以及开孔结构附近的速度场和湍流强度分布。分析结果表明:波浪与开孔沉箱相互作用时,涡旋和湍动主要分布在开孔墙和消浪室内部自由表面附近;与单消浪室开孔沉箱相比,多消浪室开孔沉箱可以更有效的耗散波浪能量,降低结构的反射系数。本文分析结果可为开孔沉箱结构的工程设计提供参考依据。     

畸形波作用下四立柱张力腿平台动力响应研究

介绍了畸形波生成的方法并对各种线性合成畸形波的效率进行了对比。选用改进的随机波加瞬态波的方法模拟强非线性波———"新年波"的波形。采用微元法对张力腿平台的立柱和浮筒进行离散,编制程序对张力腿平台在强非线性波作用下的耦合动力响应进行了数值模拟,重点比较分析了张力腿平台在随机波及畸形波中所受波浪力、平台动力响应、系泊系统张力特性及浪向角对平台运动的影响。研究表明:在"新年波"作用下,0°浪向时,平台在x和z方向所受波浪力较随机波增长了约1/4,纵荡、垂荡及纵摇响应值分别增加了33%,38%和12%,张力腿张力幅值增加约20%,位于平台四角的张力腿张力有所差异,相邻两根张力腿的张力差别不大,浪向角对平台运动响应、张力腿张力的影响畸形波大于随机波的作用。为今后考虑强非线性波浪影响时张力腿平台的设计提供了借鉴和参考。