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.     

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.     

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.     

波浪中KVLCC2运动与阻力增加的CFD计算及分析

为研究肥大型船舶在波浪中的运动与增阻问题,基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)理论建立了数值波浪水池,并结合重叠网格方法对KVLCC2迎浪航行进行了模拟研究。文中计算了Fn=0.142时KVLCC2船模在不同频率遭遇波作用下的运动和阻力,采用傅里叶级数展开法分析获得垂荡、纵摇运动响应和阻力值,将船模在波浪中航行受到的阻力减去静水航行阻力,获得了不同频率下的阻力增加值,将运动与阻力增加值与相关实验结果比较,吻合良好。通过对Fn=0.142时KVLCC2在波浪增阻成分进行的分析,与相关势流理论计算结果及实验结果对比,研究表明:短波增阻主要由船体绕射贡献,同时表明CFD方法计算船舶在波浪上的运动和增阻的可靠性。     

超大型船舶变截面梁分段模型的载荷试验研究

为了验证船体弹性效应对波浪载荷的影响,在拖曳水池进行了某超大型高速船舶的分段模型试验.介绍了分段模型的设计原则,并改进了传统的分段模型,采用变截面梁对船体刚度进行模拟,分析了不同航速与模型分段数量对总弯矩响应中高频和低频成分的影响,并对极限海况下规则波和不规则波中的弯矩响应进行分析,发现了颤振现象,计算了颤振响应在总弯矩中所占的比重.最后,分别依据刚体理论、线性与非线性水弹性理论对该船的波浪载荷进行了预报,通过比较发现刚体和线性水弹性计算结果与低频弯矩吻合很好,而非线性计算结果与总弯矩吻合更好.     

水下爆炸气泡脉动压力下舰船动态响应分析

将船体梁视为两端自由的Ｔｉｍｏｓｉｈｅｎｋｏ梁,在借用二维切片法和水弹性方法的基础上,计算船体梁在水下爆炸于次脉动压力下的响应特性。同时,还建立了在考虑水面效应和气泡运动时舰船受到二次脉动压力的计算模型。最后,以实船计算为例,进一步分析了二次脉动压力下舰船振荡响应的特性。     

波浪中浮式生产储油船(FPSO)的运动与荷载计算

应用线性化Weibull概率密度函数分析得到设计波参数和根据三维源汇分布方法建立浮体运动与波浪荷载计算方法,完成了一浮式生产储油船（FPSO）在波浪中的运动响应和船体表面水动力压力分布以及总体荷载的概率特性的计算．该计算结果可用于基于耐波性的FPSO船体型线优化,以及作为船体强度有限元分析和系泊系统设计的根据。     

基于ABAQUS软件的舰船水下爆炸研究

通过数值手段研究水下爆炸气泡脉动载荷作用下的舰船船体总强度.文中应用国际上通用的有限元程序ABAQUS中的声固耦合算法模拟分析了舰船受水下爆炸气泡脉动载荷作用的总体响应;通过大量的数值模拟计算,分析和总结了药包在舰船附近以不同位置、给定深度、不同装药量爆炸时气泡脉动载荷对船体总纵强度的影响,得出了一些有规律性的曲线;并校核了典型工况下气泡脉动载荷以及气泡脉动载荷和波浪载荷联合作用下船体的总纵强度.计算结果表明:校核船体在气泡脉动载荷作用下的总纵强度的同时必须计入波浪载荷的影响,对相关理论研究和工程计算有一定参考价值.     

预报船体脉动压力的几种数值方法

研究螺旋桨空泡及其诱导的船体脉动压力的预报方法,对于减小其引起的船尾振动和辐射噪声是极其重要的.用螺旋桨非定常空泡的预报结果,在桨叶湿表面、空泡表面和尾涡面上布置强度已经求得的源和偶极子,用面元法计算得到无限流场中空泡螺旋桨诱导的速度势,进而求出船体表面的脉动压力.该方法还考虑了真实船体表面形状和自由液面条件,船体表面通过分布其上的奇点来模拟,通过映像法来考虑自由液面的影响.重点分析了船体表面上不同的奇点分布形式以及相应控制方程的区别,对几种方法的数值计算结果进行了比较,结果证明几种不同的数值方法计算得到的结果相差不大,可以任选一种计算公式进行计算.对一吊舱船的脉动压力进行了预报,并同模型试验结果进行了比较,两者有较好的一致性.     

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.     

方形波浪中船舶运动特性及安全航行策略

为了研究船舶在多向波与单向波中运动响应的差异性,基于计算流体动力学(CFD)方法和流体体积法（VOF）造波技术建立方形波浪的数值模拟方法. 采用动量源方法和强迫波力进行波浪叠加模拟方形波浪,采用重叠网格技术和动态流体物体相互作用（DFBI）模块研究S175船型在不同参数方形波浪中的运动响应,并将船舶在双向波浪和单向波浪中的运动响应进行对比分析,探究船舶在方形波浪场中不同航线下的运动特性. 研究表明,在大部分工况下,方形波浪中的船舶运动响应及甲板上浪较单向波浪中的大幅增加,其中船舶在方形波浪中出现明显的横摇运动,但合理选择航行路线可以使得船体运动及甲板上浪显著降低,从而提高船舶在方形波浪中的航行安全性, 为船舶遭遇方形波浪时的安全航行提供建议.     

船舶振荡运动仿真的方向谱方法

为了解决船舶振荡运动时域仿真和海浪与船舶运动一致性问题,提出了一种以频谱分析方法为基础,用方向谱代替海浪谱的船舶振荡运动计算方法.对海浪谱、方向谱进行数学描述和关系分析,并选择适合用于船舶振荡分析的长峰海浪谱和ITTC方向谱,根据Gerstner模型对海浪进行分解,建立了船舶在海浪中的振荡运动计算模型.采用响应振幅算子法描述遭遇波面与船舶运动的联系,根据线性叠加假设给出了船舶振动运动的时域解和频域解.     

舰船纵摇运动函数变换型GM(1,1)模型研究

以往曾有人利用时间序列法、周期图法、神经网络法及灰色系统理论等方法来研究船的运动,目前还没有一种有效的方法解决船的纵摇,针对船的纵摇运动利用灰色系统理论建立系统模型,在灰色系统模型的基础上,通过函数变换法（三角变换及平移变换）对纵摇角度数据的周期振荡性进行处理,得到单调增加的数列,再利用灰色GM（1,1）模型建模预报,数值试验表明,这种改进方法较GM（1,1）模型效果好。     

单体复合船型向大型化推广应用研究

为了将自主研发的单体复合船型从几百吨级向千吨级和4千吨级船舶上推广应用,通过在3个不同吨级的单体船艏底部加装减纵摇组合附体形成了3个单体复合船型,对各单体复合船型和原船型进行了模型水池规则波和静水阻力试验,对比试验结果,分析组合附体对各单体复合船型纵向运动性能和静水阻力性能的影响.结果表明:合理的组合附体形式、尺度及艏鳍、半潜体与主船体的水动力布局可以使单体复合船型静水阻力与原船型相比影响不大,而其在波浪中的纵向运动性能得到较大改善.证明了单体复合船型在4千吨级以下船舶上应用是可行的.     

最优化方法在船舶运动预报中的应用

在采用时域方法求解斜浪中船舶的水平运动响应时,计算中出现的横向“漂移”现象一直是困扰工程师们的难点。作者引入最优化理论,提出了一种预报船舶运动的新方法,理论分析和数值计算结果表明,采用本文方法预报船舶在波浪中的稳态运动响应是可行的,且能有效地消除船舶水平运动响应计算中的发散现象。     

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。     

高速排水型方尾船舶的兴波波形与阻力计算

探讨了基于NURBS(non-uniform rational B-splines，非均匀有理B样条）的高阶面元法的高速排水型方尾船舶兴波波形数值模拟与兴波阻力计算问题，由船舶兴波的计算波形作波形积分得到波形阻力，与有关实验值的比较结果表明了该方法对方尾船舶兴波波形数值计算的有效性。     

利用图象处理技术对船体周围波分布的测量实验与研究

提供了利用图象处理技术在曳航水池中测量船体周围波高分布的测量系统及其理论分析,当镭射光平面从曳航水池中射出,根据画像上的明暗边界对自由表面进行了可视化,结合可视化分析和图象处理技术,本文开发了一种对静水和规则波中船体周围波高分布进行的图象测量系统。在曳航水池中为了在图象中获得足够的明暗对比度,需要使用高性能镭射发光器和高清晰度的摄像机。测量解析结果显示本系统不仅适用一般性船而且适用于高速船,还介绍了一种新的对船体周围波高分布测量的实验结果的分析方法。该方法的数值计算应用了广义的最小二乘法,文中提供的测量系统和分析方法对波浪阻力研究和流场模型构造有一定的实用价值。