基于希尔伯特变换的两栖车辆非线性横摇运动模型辨识研究

为了识别两栖车辆非线性横摇运动方程,首先采用希尔伯特变换法把自由横摇衰减信号变换成解析信号,该解析信号包含了自由横摇运动的瞬时幅值信息和瞬时频率信息,并给出了两栖车辆非线性横摇运动方程阻尼函数和恢复函数与瞬时幅值和频率的关系式,最后由最小二乘法拟合拟合即可获得两栖车辆非线性横摇运动方程的非线性阻尼项和恢复项系数.应用所提出的方法针对数值仿真实例和某两栖车辆1∶4模型自由横摇衰减实验数据,成功地估计出了非线性参数,估计值与真值及实验值吻合很好.估计结果表明所提出的方法可以用于估计两栖车辆非线性横摇运动方程,而且精度满足工程需求.     

非线性横摇导致船舶倾覆的突变研究

针对规则波中船舶非线性横摇而产生的倾覆现象,提出了采用了突变理论进行分析的方法.在船舶横摇运动方程的建模过程中,将阻尼力矩取至三次项,恢复力矩取至七次项. 在此基础之上,经数学变换,将船舶非线性横摇模型转换成了尖点突变模型的形式,并对模型进行了求解,得到了系统突变时的临界函数关系式与关系曲线.分析结果表明,倾覆现象与船舶自然横摇频率和恢复力系数有关,其倾覆的临界条件是自然横摇频率和恢复力系数的函数.当自然横摇频率与恢复力系数满足突变临界函数的关系式与关系曲线时,会导致系统的突变,即船舶的倾覆.     

两栖车辆非线性横摇运动的Lyapunov特性指数分析

为了确定两栖车辆在规则波浪激励下的非线性横摇运动形式,根据Lyapunov特性指数(LCE)的定义,采用QR分解法计算两栖车辆横摇运动的LCE,再根据计算出的LCE判断两栖车辆的运动形式.以两栖车辆为例,计算了当波浪频率与横摇固有频率的频率比为1时横摇运动为周期性的运动,当频率比为1.25时横摇运动为混沌运动,并通过数...     

船舶非线性自由横摇运动的近似解析解

具有一定精度的近似解析解有助于方便分析船舶非线性横摇运动及其稳定性.针对以线性加立方项的阻尼力矩和回复力矩模型为基础的非线性自由横摇运动方程,运用奇异摄动理论中的多尺度法,经繁复推导给出了完整的精确至二阶的解析解,解决了消除二阶非线性项中久期项的处理问题.文中给出的解析解可以作为船舶非线性自由横摇运动的近似解析解.为此,以一船模的自由横摇为算例,计算了解析解的时间历程和平面相图,通过与Runge-Kutta法的数值解进行比对分析后表明,利用该解析解近似描述和研究船舶非线性自由横摇是可行的.     

OpenFOAM数值方法模拟带舭龙骨船体的横摇自由衰减

为了研究带舭龙骨的船体横摇自由衰减运动,本文建立了基于OpenFOAM的粘性流场数学模型。模型采用六自由度运动方程与动网格技术计算船舶运动,并且应用阻尼消波技术消除远处的数值水池壁面产生的反射波,有效提高了数值预报的精度。模拟得到的衰减曲线和阻尼系数与试验所得的结果进行了对比,并分析了舭龙骨附近的涡量场,简要探讨了舭龙骨减摇的机理。结果表明本文应用的数值模型可以准确地模拟船体横摇运动,并成功预报了不同高度舭龙骨的减摇效果。     

OpenFOAM数值方法模拟带舭龙骨船体的横摇自由衰减

为了研究带舭龙骨的船体横摇自由衰减运动,本文建立了基于OpenFOAM的粘性流场数学模型。模型采用六自由度运动方程与动网格技术计算船舶运动,并且应用阻尼消波技术消除远处的数值水池壁面产生的反射波,有效提高了数值预报的精度。模拟得到的衰减曲线和阻尼系数与试验所得的结果进行了对比,并分析了舭龙骨附近的涡量场,简要探讨了舭龙骨减摇的机理。结果表明本文应用的数值模型可以准确地模拟船体横摇运动,并成功预报了不同高度舭龙骨的减摇效果。     

OpenFOAM数值方法模拟带舭龙骨船体的横摇自由衰减

为了研究带舭龙骨的船体横摇自由衰减运动,本文建立了基于OpenFOAM的粘性流场数学模型。模型采用六自由度运动方程与动网格技术计算船舶运动,并且应用阻尼消波技术消除远处的数值水池壁面产生的反射波,有效提高了数值预报的精度。模拟得到的衰减曲线和阻尼系数与试验所得的结果进行了对比,并分析了舭龙骨附近的涡量场,简要探讨了舭龙骨减摇的机理。结果表明本文应用的数值模型可以准确地模拟船体横摇运动,并成功预报了不同高度舭龙骨的减摇效果。     

带舭龙骨船体的横摇自由衰减的数值研究

为了研究带舭龙骨的船体横摇自由衰减运动,本文建立了基于Open FOAM的粘性流场数学模型。模型采用六自由度运动方程与动网格技术计算船舶运动,应用阻尼消波技术消除远处的数值水池壁面产生的反射波,有效提高了数值预报的精度;通过对比模拟得到的衰减曲线和阻尼系数与试验所得的结果,分析了舭龙骨附近的涡量场,并探讨了舭龙骨减摇的机理。结果表明本文建立的数值模型可以准确地模拟船体横摇运动,成功预报了不同高度舭龙骨的减摇效果。     

固有周期下阻尼板对半潜式平台阻尼的影响

为了研究半潜式平台在固有周期下的自由衰减运动,本文基于重叠网格技术的计算流体力学(CFD)方法对半潜式平台垂荡、横摇和纵摇自由衰减运动进行数值模拟。利用该方法分别研究了不同初始衰减位置下,阻尼板宽度和厚度对半潜式平台垂荡、横摇和纵摇阻尼的影响规律,并从流场角度分析了阻尼板的作用机理,通过与实验数据对比,验证该方法的准确性。研究结果表明:平台运动幅度越大,阻尼板起到的抑制作用越强,阻尼板边缘处的流动分离是平台阻尼增加的直接原因;阻尼板宽度与平台垂荡、横摇及纵摇阻尼呈正相关,而阻尼板厚度与其呈负相关。     

船舶随浪中参数激励非线性随机横摇运动计算

研究了船舶随浪中大幅参数激励随机非线性横摇运动的计算方法,将船舶稳性高度GM作为时变的随机参数激励,建立了船舶随机随浪航行情况的参数激励横摇运动微分方程,方程中的三次阻尼项根据自由横摇船模实验数据求出.参数激励项的求解考虑了船体纵摇、升沉及波浪运动对稳性高度变化的影响.在有义波高分别为10 m和12 m的2种不同随机波作用下,考虑初始横摇角为3°以及定常风作用下发生5°永倾角,计算出随机参数激励下船舶的时域横摇运动响应.计算结果表明此方法可以用于计算随机随浪中船舶的参数激励横摇运动,同时显示了随机随浪对船舶横摇和倾覆的重要影响.     

硬涂层复合结构非线性刚度及阻尼辨识

针对硬涂层复合结构共振衰减的时域响应,研究了基于Hilbert变换辨识硬涂层复合结构的非线性刚度及阻尼的方法。首先,确定了硬涂层复合结构共振状态下自由衰减的运动方程,进而推导了辨识该复合结构非线性刚度及阻尼参数的原理性公式;其次,用数值算例证明了辨识算法的正确性;然后,提出了将辨识算法应用于硬涂层复合结构非线性刚度及阻尼参数辨识的流程;最后,进行了实验验证,辨识出单面涂敷NiCrAlY+YSZ硬涂层的悬臂钛板非线性刚度及阻尼参数,并与未涂层试件进行了比对。结果表明,涂覆硬涂层后钛板的刚度非线性增强,阻尼增大,硬涂层具有减振效果。     

多自由度波浪能装置参数激励运动研究

为了研究多自由度波浪能装置的参数激励运动及其对波能俘获能力的影响,利用势流理论建立多自由度轴对称型波浪能装置的频域和时域仿真模型,将垂向动力输出（PTO）机构安装在PTO管内,使浮体在波浪作用下沿管滑动.纵、横摇铰接轴分别连接PTO机构,PTO阻尼力矩与纵、横摇角速度成正比.设垂向PTO阻尼力与浮体沿管滑动速度成正比,为了评估参数激励运动,仅在时域模型中将垂向PTO阻尼力分解到垂向和水平方向时保留非线性项.结果表明,垂向PTO阻尼力是装置产生参数激励运动的主要原因.产生参数激励运动时,垂向PTO俘获的波浪能降低,参数激励运动的周期范围随波高、垂向PTO阻尼系数的增大而变宽.随浪工况,垂向和纵摇PTO均连接PTO阻尼时,若纵摇PTO阻尼力矩系数较小,则参数纵摇和参数横摇同时发生;反之,若纵摇阻尼力矩系数较大,参数纵摇受抑制,但会产生大幅值参数横摇;若要完全抑制装置的参数共振,纵摇和横摇PTO均须设置适当大小的PTO阻尼.     

不规则波中船舶横摇参激振动敏感度分析

利用庞加莱图分析了不规则波中船舶横摇参激稳定性对设计参数的敏感度。船舶在波浪中运动产生的时变稳性高使船舶横摇处于参激不稳定状态,激励引起大角度横摇运动。不规则波下的船舶参数横摇分析存在较多挑战。以巴拿马型集装箱船为例,依据具有非线性阻尼和非线性回复力矩的非线性横摇运动方程,采用动力学庞加莱图,针对规则波和不规则波2种情况,分析了船舶横摇幅值对设计变量的敏感度。分析表明,不规则波与规则波中的参数敏感度有所不同,线性横摇阻尼和非线性回复力矩对不同波浪条件下的横摇幅值影响不同,依据不规则波浪进行船舶参数横摇的分析研究有着不可替代的意义。同时,横摇幅值对非线阻尼是不敏感的。     

粘性等效船舶横摇运动降阶预报方法

针对船舶耐波性中的经典横摇问题，本文提出一种针对横摇运动预报的粘性等效降阶方法。在该方法计算框架中，首先采用粘流模型和无粘模型分别模拟船体的强迫放大运动，预报不同运动幅度下的水动力力矩。其次，应用能量等效法获取船舶横摇阻尼随KC数变化的修正函数。最后，在横摇运动响应预报中，基于欧拉方程求解无粘流体，应用获取的阻尼修正函数，对横摇阻尼进行实时修正，以提高预报精度。为验证该方法的有效性，分别采用VEROM模型和RANS粘性模型对典型二维船体中段的横摇响应进行预报，对比结果表明：VEROM模型与RANS模型预报精度相当，但前者的计算时间可缩减到RANS模型的5%。     

船舶参-强横摇动力学系统的稳定性

系统地研究了船舶参-强激励动力学系统的稳定性.由于所讨论的系统模型为含有变系数的非线性微分方程模型,用构造李亚普诺夫函数的方法讨论该系统的稳定性非常困难,所以利用数值级数方法来讨论该系统的稳定性,并结合算例进行了论述.结果表明,该模型可得到横摇非线性动力学系统的近似解,并通过参数曲线得出了模型的稳定性和幅频响应特性.     

两栖作战武器横摇动力学分析

横摇动力学是两栖作战武器的一个重要研究内容,横摇是两栖作战武器在通过内陆江河水系和抢滩登陆作战中存在的重要问题,它直接影响着乘员和装备的战斗力发挥.依据船舶的有关理论,对两栖作战武器的水上横摇运动动力学进行了分析研究.首先对两栖作战武器进行了受力分析并给出了横摇动力学方程,研究了两栖作战武器横摇无因次幅频特性和相频特性与横摇调谐系数和无因次阻尼衰减系数之间的关系,可供两栖作战武器设计参考借鉴.     

速度作用下非线性弹性地基上矩形薄板主共振

本文基于非线性弹性地基模型及弹性理论,建立了非线性弹性地基上矩形薄板在移动车辆荷载作用下的非线性动力方程,运用Galerkin方法及多尺度法求得该系统主共振的幅频响应方程,以行车速度为调谐参数,分析阻尼系数、车辆荷载、板厚及相位差等参数对非线性弹性地基上矩形薄板在移动车辆荷载作用下主共振幅频响应的影响。结果表明:非线性弹性地基上矩形薄板在行车速度作用下主共振系统的非线性特点不明显,振幅-速度响应曲线接近对称,改变阻尼系数、车辆荷载等参数时对共振区间影响不大。在正常取值范围内,随着阻尼系数值增大振幅-速度响应曲线峰值减小;随着车辆荷载、板厚及相位差的增大振幅-速度响应曲线峰值增大。     

计及形变的滚塑船艇非线性横摇运动建模

以渔家乐滚塑休闲船为研究对象,结合船艇的典型尺度、载荷、风浪、航行区域的典型海况、回复力矩和阻尼力矩的非线性特征,并考虑船艇体的弹性形变、随机风速和波浪等非线性因素,根据力矩平衡原理,建立了零航速下滚塑船艇横摇的单自由度非线性运动方程,为控制或抑制船舶的横摇奠定了基础.仿真发现,当计及船体形变时横摇频率加快,船艇发生颤抖,角速度和角加速度均增大,船艇稳性和舒适感变差,而且不规则的风和浪对船艇横摇影响更大.本文的分析和计算思路同样可以应用于其他船舶.     

船舶非线性横摇运动的分岔控制

为了提高船舶横摇运动的稳定性,基于分岔理论,设计了一分岔控制器来控制船舶非线性横摇中出现的鞍-结分岔运动.应用多尺度法得到了船舶非线性横摇受控系统主共振情况下的幅频响应方程及奇点的特征方程,由奇异性理论分析了该非线性系统的分岔特性,提出了抑制或延缓分岔运动产生的控制方法,分析了不同控制方法对船舶横摇运动和稳定性的影响.数值模拟表明所设计的分岔控制器是可行和有效的.     

基于WT和MGFPE混合模式的船舶横摇运动长期预测

为了获得横摇运动在不同时间尺度下的演变规律,提出了利用小波变换和均生函数周期外推混合模式进行船舶横摇运动非线性时间序列长期预测的方法.该方法通过小波变换对横摇运动时间序列进行多分辨率分析,将原序列分解为多个相对简单的准周期信号,信号的趋势项、周期项和随机项被分离出来,然后采用均生函数周期外推预报模式对这些准周期信号进行预报和集成.仿真结果表明,此方法能有效地提高预报长度,并能获得较高的建模及预报精度,该方法亦可用于其他非线性时间序列长期预测.