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.     

迎浪随机波中C11集装箱船参数激励横摇对应波群特性分析

针对迎浪随机波中集装箱船的参数激励横摇问题,本文主要研究船舶遭遇到的波浪条件与船舶参数激励横摇状态的相关性。基于C11集装箱船迎浪不规则波参数激励横摇实验,通过横摇幅值定义船舶发生显著参数激励横摇的时间段,然后通过波群方法分析船舶在横摇筛选段附近遭遇特征波群的特性。研究结果表明：船舶遭遇特征波群参数与船舶参数激励横摇的剧烈程度有较强的相关性,船舶遭遇特征波群数量和连长个数是船舶参数横摇剧烈程度的重要影响因素。     

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。     

FPSO运动与波浪载荷三维水弹性分析方法研究

为了与三维水弹性方法相匹配,将二维梁振动理论与三维刚性船体湿表面网格划分方法相结合,提出了一种适用于三维弹性浮体的湿表面网格划分方法.在此基础上利用广义流同耦合界面条件,建立分布源积分方程,获得计及船体弹性效应的三维水动力系数和绕射力.进而建立了船舶在规则波中的广义水弹性运动方程,求解出各阶振动的主坐标后,利用模态叠加法计算船体的波浪载荷.通过实船计算表明,该方法具有较好的计算精度.     

粘性流场中船舶操纵水动力导数计算

以船舶操纵水动力预报为研究背景,通过对商用计算流体力学软件FLUENT的二次开发,采用其动网格技术以及后处理系统,对粘性流场中大型船舶操纵水动力导数进行了数值计算.船体按照斜航、不同舵角、纯横荡和纯首摇等状态做运动,得出随船坐标系下作用于其上的水动力及力矩.通过进行基于最小二乘法的曲线拟合,最终求得船舶操纵水动力导数.计算结果表明,纯横荡运动和纯首摇运动的水动力与运动无因次频率呈现较好的线性关系,间接验证了所提出的计算方法适用于复杂船舶运动的水动力导数计算.     

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%。     

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。     

随浪中船舶横甩试验研究

根据自航模试验结果,讨论了船舶在正随浪中航行时横甩的发生与波浪环境和航行状态的关系.在此基础上,利用约束模试验,测量了作用于随浪航行的船体上的波浪摇艏力矩,据此分析了船舶发生随浪横甩的原因.     

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。     

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。     

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.     

船舶在波浪中运动的强非线性时域模拟

为准确预报在非线性波浪中航行船舶的大幅运动,基于CIP方法建立了波浪中船舶强非线性运动响应的时域分析模型.该模型基于粘性流理论,对N-S方程进行求解,可以考虑船舶的运动响应和自由面变形过程中的粘性效应和强非线性效应.首先,通过模拟船舶的强制垂荡运动,对该数值模型的收敛性展开了研究;然后,基于该模型计算了不同入射波幅和不同入射波长对S175船模的垂荡和纵摇运动响应的影响;最后,模拟了S175船模在大幅波浪中的强非线性运动响应现象.模拟结果表明:基于自编程建立的船舶强非线性运动响应模型具有较好的收敛性和精确性,与其他数值计算结果吻合较好;尤其擅长模拟水花飞溅、甲板上浪、底部砰击等强非线性问题.     

基于弹塑性变形理论的船体面板滚弯成形作业时间估算方法

为了准确估算船体面板滚弯成形作业时间,通过分析在滚弯过程中船体面板的弹塑性变化和滚弯成形后的最终状态,建立了滚弯成形最终状态下船体面板滚弯成形作业时间估算模型.与实测数据对比分析结果表明,基于弹塑性变形理论的总进给距离与实测进给距离无显著性差异,通过作业时间估算模型得出的理论作业时间与实测作业时间也无显著性差异而且相对误差都在10%以内(平均相对误差为5%).因此,基于弹塑性变形理论的船体面板滚弯成形作业时间估算模型合理且符合作业实际状况.     

减摇水舱在船上的布置问题研究

减摇水舱在船上的布置位置对减摇效果影响较大,特别是在垂直方向的布置对减摇效果有很大的影响,本文基于“船舶-水舱”系统的运动微分方程,详细分析了减摇水舱在船上垂直方向布置对船舶横摇模型质量惯性矩、横摇复原系数、横摇固有频率、船舶横摇运行和舱内液体运动的影响,通过对给定船舶减摇水舱的实例分析,指出了除水舱固有频率和阻尼外,垂直方向布置也是影响水舱减摇性能的主要因素之一,并给出了最佳减摇时水舱垂直布置的条件。     

规则波浪中舰船操纵运动计算

当船舶在波浪中处于尾斜浪或顺浪航行时,可能出现稳性丧失和横甩等现象,所以船舶在波浪中的操纵性问题已引起人们的关注.目前,关于该问题的大多数研究往往局限在有限的浪向角范围内.本文在船舶静水操纵性基础上,直接迭加高频的波浪力,建立一个波浪中高频运动响应的操纵性预报方法.用二维Frank源汇分布法计算船舶随摇荡频率变化的附加质量———波浪的辐射力,以及规则波浪的扰动力———Froud Krylov力,在六自由度运动方程上直接迭加所计算的波浪力,并引用静水操纵中船、桨、舵水动力的计算模型,建立了规则波浪中船舶操纵运动预报模型,并数值计算了一条高速方尾船舶在不同规则波浪的波长、波高和浪向角下的操纵舵回转运动和Z形操纵舵运动,附加质量和波浪扰动力根据运动中的遭遇频率和浪向角确定.数值计算的回转角速度、横倾角和纵倾角的变化规律与文献中单桨单舵船模试验有着相似结果.     

波浪中船体与液舱晃荡耦合运动的时域数值计算

为分析液舱流体晃荡对波浪中船体运动性能的影响,针对船体外流场与液舱内流场(液体非线性晃荡)分别采用时域势流理论方法计算,建立了在波浪中船体与液舱流体晃荡耦合的时域运动方程.其中波浪中船体水动力和时延函数采用切片法和脉冲响应函数法计算获得,舱内液体非线性晃荡采用时域边界元法计算.对S175加载方形液舱在迎浪横浪等不同工况下液舱流体晃荡及其与船体运动耦合分别进行了计算模拟与验证研究.研究表明,在不出现液面破碎等强非线性现象时,能够给出较好的液舱流体晃荡波形和压力;耦合运动模拟结果能清晰地反映液舱晃荡对船体运动的影响,并准确给出船体有无加载液舱时共振频率的偏移现象;数值与试验结果吻合良好,并具有较高的计算效率,为设计载液船舶或减摇水舱等的前期设计提供了快速有效的分析方法和技术手段.     

基于物理模型的船波模拟

从水波动力学出发,利用基于物理的模型对船舶航行时产生的波浪进行模拟,通过在船头、船肩部设置正压力点,在船尾设置负压力点并调节压力的大小,可模拟出头浪、尾浪和侧浪。使用粒子系统模拟了船波运动过程中产生的浪花。     

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.     

98m客滚船船体结构总纵强度计算分析

探讨了印尼98 m客滚船船体结构总纵强度计算方法,采用船体结构分析程序系统(DPP)计算了9种装载状态下的船舶静水弯矩和静水剪力曲线;计算出了最大静水弯矩和最大静水剪力,供校核强度用.为其他采用直接计算法进行总纵强度计算提供参考.     

船舶横摇运动的时间序列预报

船舶横摇运动是对船舶航行影响最大的运动,研究船舶横摇运动的建模与预报对于提高船舶适航性、耐波性有重要意义.根据船舶在随机海浪作用下的运动特性,运用时间序列分析方法建立了AR模型,并将其应用于船舶横摇运动时间序列预报,取得了较好的效果.仿真结果表明,预报误差为4.4% 左右.时间序列分析法亦可用于船舶纵摇、艏摇的时间序列预报,该方法在工程中具有很大的实用价值.