舰船在水平面运动中非线性模型的建立

在选择了描述船舶运动坐标系的前提下,根据刚体动力学理论和牛顿第二运动定律,推导了舰船六自由度的非线性模型,并在此基础上建立了舰船在水平面中的非线性运动模型.同时,根据平稳随机过程理论对海浪的分析可知,利用白噪声驱动所设计的成形滤波器,能够获得海浪干扰的数学模型.上述模型既能很好地反映舰船的水动力特性,又能与原始波浪力、力矩相吻合,由此证明了模型的正确性.     

随机横浪中船舶倾覆过程模拟与安全域计算

研讨了随机海浪中船舶非线性随机横摇运动倾覆过程和安全域问题.考虑非线性阻尼、非线性复原力矩和随机波浪,建立了随机横浪中船舶运动的随机非线性微分方程.考虑两参数海浪谱和不同的有义波高,计算随机波浪力矩,采用简谐加速度数值计算方法求解随机微分方程,进行了随机倾覆过程的数值模拟.考虑船舶运动的瞬时状态,发展了胞映射方法计算随机非线性横摇运动安全域的方法,并编制了计算机程序.模拟了一条渔船不同有义波高作用下横摇倾覆过程,考虑不同的初始条件及随机波浪参数,在初始值平面上采用胞映射法构造了渔船航行的安全域.波高较小时,安全域是一个连续的区域;随着有义波高增大,安全域面积减小并且不再连续,倾覆域和安全域相互包围.计算结果表明,船舶运动的瞬时状态对安全域具有重要影响,而且随机海浪中安全域具有随机特性.     

波浪对船舶非线性横摇阻尼的影响

横摇非线性阻尼通常是在静水中进行横摇衰减试验确定。本文通过在波浪水池中进行不规则波的船模横摇衰减试验，研究了波浪对非线性横摇阻尼的影响。研究发现波浪的存在使横摇阻尼线性部分减少，非线性部分增加；采用随机减量法得到非线性横摇阻尼时，门槛值不同所得到的阻尼也不相同，一般说来，门槛值越大，阻尼非线性成分增加，而线性成分减少。     

不规则波浪在陡坡上非线性传播变形的试验研究

通过试验研究了不规则波浪在一陡坡(1:10)上的传播过程中的非线性特征。为达到研究目的,在试验水槽中以JONSWAP谱为靶谱生成了两组随机波浪。试验结果显示,在坡前常水深区域和坡顶,两种波况下波高分布均符合瑞利分布;但是在变浅区域两种波况的波高分布却不尽相同。应用基于小波变换的二阶相位谱来分析波浪在传播过程中的非线性相位耦合特征,结果表明：随着水深的变浅,波浪的非线性逐渐增强并且参与非线性相互耦合的频率成份也越来越多。通过二阶相位谱发现：随着水深的减小,参与最强的非线性相位耦合频率向高频处移动。另外通过傅立叶频谱、二阶谱以及二阶频谱共同分析陡坡上两组波况下低频波浪的演化情况。     

随机海况下的非线性船舶横摇和倾覆

本文考虑波浪的随机性和船舶恢复力矩及阻尼的非线性，提出了船舶在随机海浪上航行时的横摇运动方程，根据非线性随机动力学的理论和方法，提出了时域横摇非线性随机运动计算方法，研究了横摇的非线性和随机动力学行为，并对实船在不同有义波高下的动力响应进行了计算，算例表明本文提出的方法是可行的。     

随机波浪中船舶航行非线性横摇稳定性评估分析

在随机波浪中船舶航行容易产生随机扰动导致非线性横摇,为了提高船舶航行的稳定性,提出一种基于改进扩展卡尔曼滤波(EKF)的随机波浪中船舶航行非线性横摇稳定性控制方法。采用微惯性航姿调整方法进行随机波浪中船舶航行非线性横摇稳定性参量控制,根据航行姿态参量的准确估计,实现船舶横摇稳定性评估。仿真结果表明,采用该方法进行船舶航行非线性横摇控制的稳定性较好,航行姿态参量的准确跟踪能力较强,实现姿态角的实时调整,降低姿态调整误差,提高了船舶航行的安全性和稳健性。     

海底管跨涡激振动疲劳可靠性研究

本文考虑波浪水质点与管线振动间的相对运动速度以及波浪和海流的联合作用,对传统的波浪载荷计算方法进行了改进,引入了波浪激励载荷中的二阶平方阻尼项,从而建立了管跨段的非线性涡激振动方程.通过较为合理的化简,将非线性随机振动方程化为相应的线性随机振动方程.利用谱分析解法,由波浪谱推得海底管线的波浪力谱,作为振动方程的输入谱,计算得到相应的输出谱,进而确定位移和应变等各种响应随机过程的概率分布,最后结合可靠性分析理论确定管线的疲劳失效概率.     

基于二阶Stokes波理论的随机波浪力谱表示法研究

目前,采用随机性分析方法计算不规则波对海洋结构物作用时一般均采用Airy波理论,并未考虑波浪非线性的影响。本文基于二阶Stokes非线性波浪理论探讨了采用非线性波浪理论时随机波浪力谱的计算方法,并用一典型算例,对本文公式的计算结果与线性波理论的计算结果进行比较。计算结果表明,在水深较深时不能忽略波浪非线性的影响。     

潜堤坡度对随机波浪非线性特征的影响

利用完全非线性Boussinesq方程数值模型研究了随机波浪在潜堤上传播时,波浪非线性参数的变化。不对称度和偏度极值出现的位置可能是潜堤受波浪冲刷破坏比较严重的位置。斜坡坡度会对不对称度和偏度的变化有一定的影响。     

基于高阶谱方法的非线性聚焦波下船体运动的模拟

为了研究入射波浪的非线性对船舶运动的影响,提出了一种新的描述船体运动的非线性时域混杂方法。将高阶谱(HOS)方法引入船舶时域运动计算模型中,用来模拟非线性入射波浪场,在瞬时湿表面上实时积分,求得船舶遭遇波浪时的非线性入射波浪力和非线性回复力,在弱散射假定下建立非线性波浪中船舶的运动方程。当HOS中摄动阶数为1时,船体运动模拟结果与规则波下试验的RAO结果对比良好,验证了改进后的时域模型的可行性和有效性。当HOS中摄动阶数为3时,非线性波浪场演化结果与聚焦波的试验数据对比,验证了入射波模型的正确性。分析了非线性入射波浪间的相互作用,并以Wigley Ⅲ为对象,计算分析不同波幅的聚焦波下船体时域运动响应,进一步考察波浪的高阶非线性对船舶受力和运动的影响。研究表明,非线性波浪的相互作用对波浪的频率分布、聚焦结果以及入射波浪场的压强分布有显著的影响,对船体的入射波浪力以及垂荡运动的影响最为显著,非线性的影响随着聚焦波幅的增大而变大。     

基于非线性设计波的船体结构强度直接计算研究

针对规范公式不适用于小方形系数Cb0.6的船舶以及线性设计波法不能反映波浪载荷非线性特征的情况,使用非线性设计波法研究了一艘小方形系数船的波浪载荷长期预报极值和波浪载荷与波高非线性变化规律,给出了非线性设计波参数的选取办法。根据参数,用非线性设计波法计算了船舶的波浪附加弯矩,并与线性设计波和规范公式两种方法得到的波浪附加弯矩进行了比较分析。分析结果表明,非线性设计波法能够反映出波浪幅值较大时波浪载荷随波高非线性变化的规律,以及中拱、中垂状态下舯剖面波浪附加弯矩的非对称特征,较线性方法更为合理。     

非线性波浪载荷作用下舰船结构机械疲劳强度分析

船舶工业目前正在快速发展,舰船在海上航运时,非线性波浪载荷会对船体产生冲击,对结构产生很强的伤害作用,进而会对舰船的船身、横梁等产生破坏,我国对于舰船可靠性具有较高要求,因此在舰船进行结构设计时必须充分考虑波浪载荷的影响,对舰船的结构件进行疲劳强度分析和研究。本文通过对疲劳原理和现象的描述,解释了疲劳断裂产生的原因和过程。由于舰船在海面上受到的多为非线性波浪载荷,因此本文对非线性波浪载荷进行初步研究,分析非线性波浪载荷作用下的疲劳寿命,并对研究结果进行理论的对比和验证。     

波浪能量在浅化过程中的参数化研究

基于物理模型试验,对近岸随机波浪在传播过程中由于受非线性相互作用而发生的谐波能量变化进行了研究。为了讨论岸底坡度对波浪能量传递的影响,进行了3组不同底坡（β=1/15、1/30、1/45）的试验,对一组基于JONSWAP谱的入射波浪传播过程进行采集分析,获取试验结果。重点考虑了波浪在变浅过程中的主频部分以及高频部分能量的变化特征,并且使用参数化手段对这些能量变化过程进行拟合,得到一组关于这些能量参数与当地水深参数之间的变化关系。通过对不同底坡下得到的拟合结果进行比较,发现波浪主频以及高频部分能量的变化受底坡坡度影响明显,因此,在最终的经验公式中考虑了坡度的影响。     

双色波激发细长港内低频振荡的物理试验研究

通过物理试验研究双色波传入细长港池并激发港池低频振荡,合理的试验布局降低了波浪二次反射对造波机的影响问题。利用快速Fourier变换和小波变换方法分析双色波在港内的幅频响应以及波浪能量的时-频分布情况,并利用小波二阶谱分析港内波浪不同成分之间的非线性相互作用过程。结果表明:当双色波短波频率对应港池不同共振频率时,通过波浪非线性相互作用产生的二阶长波在港内响应幅值不同;短波频率对应港池较低共振频率时,波浪会在港内聚集更多的能量;二阶长波以及高次谐波与双色短波之间呈复杂的非线性能量传递过程。     

近水面波浪力作用下潜体的非线性运动响应

通过对潜体近水面航行波浪力作用下非线性运动响应进行建模和计算，揭示了由于二阶波浪力作用与低速时操纵面舵力之不足，潜体的定深控制可能难于实现，产生逐渐上浮与露出波面的非线性现象。     

南汇东滩促淤工程南区设计波浪要素研究

针对南汇东滩促淤工程所处的位置,选用基于波能平衡方程和波作用守恒方程的近岸风浪谱模型建立波浪传播计算数值模型,对非线性效应影响条件下的波浪要素进行计算研究。研究结果表明,波浪在远距离的传播过程中,受到沿程的风的影响,组成波之间能量交换转移和耗散等非线性效应的影响不可忽略,在南汇东滩海域采用近岸风浪谱数值模型对波浪的传播变形计算较为合适。     

随机斜浪中船舶参数——强迫激励横摇运动计算

研究船舶随机斜浪中大幅参数激励非线性横摇运动的计算方法。将船舶稳性高度GM作为时域变化的随机参数激励，波浪力为随机强迫激励项，建立船舶在随机斜浪航行情况的参—强激励横摇运动微分方程。参数激励项的求解考虑了船体型线、纵摇、升沉及波浪运动对稳性高度变化的影响。分别取不同波高、航速、航向，计算出随机斜浪中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斜浪中船舶的参—强激励横摇运动，据此分析随机斜浪对船舶横摇和倾覆的重要影响。     

非线性波浪载荷在船舶剖面优化中的影响

采用非线性波浪载荷程序对超大型集装箱船在不同船体梁刚度下垂向波浪载荷响应进行理论计算,分析了船体梁刚度对波浪载荷的影响,并给出民船结构优化模型中非线性波浪载荷的计算方法,对比非线性波浪载荷在船体剖面优化中的影响.计算结果显示,船体梁刚度的下降会导致作用在船体梁上的波浪载荷显著增大,考虑波浪载荷影响后,中剖面面积优化效果...     

非线性波作用下直立式防波堤的稳定性分析

结合波浪、抛石基床防波堤和海床之间相互动力作用计算模型，分析讨论了由于抛石基床与海底渗透形成的港内波浪，防波堤结构微动对波浪场的影响等有关非线性波作用下直立式防波堤的稳定性问题。     

透空式防坡堤周围的非线性波浪传播的数值模拟

对非线性波浪在透空式防波堤周围的波浪变形进行了数值模拟,在Boussinesq波浪方程中加入与透空建筑物有关的新耗散项,从而界定了透空建筑物引起的部分反射和透射,波浪折射—衍射的传播过程通过控制方程求解。波浪控制方程通过有限差分方法求解。模型应用于模拟波浪经过具有部分反射的群桩式透空结构,结果表明透空式防波堤可以有效地衰减波浪和作为重力式结构的一种替代方式。