三体船连接桥结构波浪载荷研究

根据三体船船型简要分析连接桥结构波浪诱导的剖面载荷特征。以三维势流理论为基础,应用简单格林函数法对三体船在波浪中运动与载荷的时历进行仿真计算,并将时域结果转换为频域,之后对航行于北大西洋的三体船的连接桥波浪载荷进行长期预报,最终探索三体船连接桥纵向剖面的各载荷分布规律和趋势。     

五体船波浪载荷计算研究

基于势流理论和格林函数,探索五体船在不规则波中运动的波浪载荷响应函数,并且运用波谱分析法,采用北大西洋波浪散布图,对船体的几个典型剖面作波浪载荷的长期预报。分析不同航速、不同浪向角下典型剖面上的弯矩和剪力,研究五体船在波浪中运动时剖面载荷的分布规律。     

片体位置及航速效应对三体船波浪载荷的影响

基于三维时域Rankine源法计算不同航速下三体船的总纵垂向弯矩、垂向剪力和总纵扭矩以及连接桥上的横向弯矩、垂向剪力和横向扭矩。基于北大西洋海况的长期预报结果,研究片体纵向位置以及航速效应对三体船波浪载荷沿船长、随浪向的分布规律以及对载荷大小的影响,得出基于波浪载荷的片体优化分析和航速建议,可以为三体船的载荷直接计算和结构强度分析提供参考。研究发现,片体位置对纵向扭矩以及连接桥弯扭载荷的分布和大小影响很大,片体位于距船尾约35%~40%L比较有利;船舶在中高航速(0.25≤Fn0.4)下的波浪载荷比较小。此外,改善片体重量分布有利于减小连接桥载荷。     

三体船波浪诱导载荷计算研究

基于三维势流理论和简单格林函数法,探索了三体船在规则波中运动的频响函数,并对航行于北大西洋海域的全船典型剖面波浪载荷进行了长期预报,分析了不同浪向角时典型剖面的剪力、弯矩和扭矩极值,研究了三体船剖面载荷的分布规律和趋势,为三体船结构设计提供了一定的依据.     

三体船分段模型波浪载荷试验研究

三体船的主体与连接桥结构的波浪载荷特性是船舶结构设计者非常关注的问题,目前对于这些载荷特性进行较为全面的模型试验研究在国内很少。该文在拖曳水池和方形水池开展了某三体船的分段模型试验,详细介绍了分段模型的设计原则,对于纵向载荷和横向载荷的测量采用不同的分段布置形式。通过对试验数据的分析及与理论计算的对比,对三体船横摇运动非线性修正方法加以改进,同时研究了该三体船的船舯横剖面和连接桥纵剖面的波浪载荷特征,得出了一些结论,为船舶结构设计提供了确定设计载荷的依据。     

基于结构强度的超细长三体船片体布局优化的研究

以一艘超细长三体船为例,计算了其在不规则波下的波浪载荷响应。考虑速度的影响,研究了基于波浪载荷响应的片体布局优化。计算结果表明,超细长三体船的总纵弯矩分布规律符合船体梁假定。由于三体船较常规单体船宽,沿着船宽方向亦可假设成两端简支的单跨梁;片体的相对位置不影响产生载荷响应峰值的波浪遭遇频率,但会影响响应的幅值。在优化片体相对位置,需考虑高航速的影响。     

三体船波浪载荷预报研究

根据现有某三体船的相关资料和海浪统计资料,采用三维频域计算方法,给出横纵向波浪载荷分量的传递函数及长短期预报值。横向波浪载荷包括各纵剖面的横向对开力、横垂向剪力、横垂向弯矩、纵摇有关扭矩等;纵向波浪载荷包括各横剖面的纵垂向剪力、纵垂向弯矩、纵向扭矩和水平弯矩。短期预报采用P-M双参谱;长期预报采用IACS推荐的Rec.34标准海浪统计资料,考虑到高速三体船适用于7级海浪的要求,根据实际情况把海浪资料波高截断,即有义波高变化范围为0.5⁶ m及0.56 m及0.5⁹ m,其中6 m及9 m有义波高的出现概率按照插值的方法得到。根据计算结果,可给出高速三体船的波浪载荷特征,为结构的进一步优化设计提供重要依据,并为相关规范公式的修改提供参考。     

三体船随浪中的完整稳性研究

随浪航行波峰位于船中时,容易引起单体船稳性的丧失,但是此结论对三体船是否适用尚待进一步研究。以一条三体船型为例,研究了三体船型在波浪中的完整稳性。对侧体不同位置的多种方案进行了计算。结果表明:当侧体纵向位置位于船舯、船尾和舯前(侧体横向位置较大)时,波浪中的初稳性较静水中反而有所增加,波浪中的大倾角稳性的最大复原力臂也比静水中有所增加,稳性消失角有所减小;当侧体纵向位置位于舯前(侧体的横向位置较小)时,波浪中的初稳性较静水中有所下降,波浪中大倾角稳性的最大复原力臂与静水中比较明显下降。     

水深对三体船运动和波浪载荷的影响

利用三维势流理论和简单格林函数计算了迎浪航行时不同航速和不同水深组合下的波浪运动响应和载荷传递函数,研究不同水深和航速组合对三体船的波浪运动响应和波浪载荷的影响,并对船舯垂向弯矩和舯后1/4船长处剪力进行了长期预报.将预报值与规范值进行比较,结果令人满意.计算结果表明三体船在不同水深下航行时,水深对其运动响应和波浪载荷都会产生显著影响.     

主体瘦长度对三体船耐波性和波浪载荷的影响

针对某千吨级三体船母型船,在保持排水量不变的前提下,调查长宽比对运动和载荷的影响,并通过船型变换得到长宽比在12~19之间的6种系列派生船型;应用三维时域Rankine方法软件WASIM对不同长宽比系列船体的纵向运动和波浪载荷进行频响计算,并进一步结合海浪谱分别计算4~6级海况下船体纵摇和升沉运动统计值以及船体剖面弯矩和剪力沿船长单位的分布。分析发现,当主体长宽比从12.27增加至19.16时,纵摇和升沉的最大峰值分别下降了近60%和35%,但剪力和弯矩的峰值则分别增大了2倍和3.5倍。进一步将直接计算的总纵弯矩和剪力与英国劳氏规范相比较,发现6级海况下剖面剪力有义值的计算结果已超过规范的规定。结果表明:主船体的长宽比对耐波性和波浪载荷具有相反的影响,即主体越瘦长,运动响应越小,耐波性越好;但主体越瘦长,总纵弯矩和剪力会大幅增加,对船体结构产生不利影响。因此,在设计之初确定瘦长三体船的主尺度,特别是瘦长度时,应兼顾考虑船体运动响应与波浪载荷的影响。     

三体船横摇运动试验研究

三体船的侧体对其周围的流场及其自身的耐波性能会产生复杂的影响,导致三体船横摇运动的纯理论计算比较困难。因此,采用耐波性模型试验（包括自由衰减试验、规则波及不规则波中的航行试验）考察侧体横向位置、舭龙骨的设置以及航速等因素对三体船横摇运动的影响,研究结论对相关专业设计人员具有较好的参考价值。     

超细长三体船阻力计算研究

主船体为超细长体,两侧配置两个小侧体而形成的三体船是一种很有潜力的新船型,近年来已引起了广泛的关注。本文对三体船的阻力原理进行了分析,以“相当平板”假设为基础计算摩擦阻力,采用“1＋k”的方法计算形状阻力;采用线性兴波阻力理论建立三体船的兴波阻力计算方法,提出了一套计算三体船阻力的完整方法。经与船模试验结果比较,采用本方法预报三体船的阻力,Cw的计算结果可以定性地反映侧体布置位置对三体船兴波阻力的影响,计算结果比较接近实际情况,具有一定的可靠性,可用于该船型的阻力预报。     

气垫船波浪载荷预报方法研究

高速气垫船对船体结构重量控制严格,而合理确定作用于船体的波浪载荷是结构设计、优化和安全性评估的基础。本文在气垫船船体结构受力特点分析的基础上,采用“分段船模”模型试验方法对目标气垫船开展了波浪载荷预报研究,重点解决了试验模型垫升系统动力特征相似、重量控制等关键问题。试验结果能反映目标气垫船围裙气垫的响应特点,说明所用分段船模试验方法预报气垫船运动与载荷的结果可信。基于此,对目标气垫船波浪载荷设计值的规范计算结果表明,给定的载荷规范计算方法可为气垫船结构设计提供参考。     

不同圆弧半径直立堤胸墙波浪力的试验与分析*

为比较直立堤胸墙圆弧半径对其所受波浪力的影响,设计半径分别为45、67、98 cm共3种弧形胸墙以及直立式胸墙进行相关物理模型试验。通过将胸墙迎浪面不同测点波浪压力进行积分获得波浪总力,讨论相对波高、相对波长和圆弧半径对胸墙波浪力的影响。研究结果表明,胸墙波浪力随着相对波高的增大而增大,随着相对波长的增大呈现先增大-后减小-再增大的变化趋势。相同波浪要素条件下,弧形胸墙波浪力较直立式大;在3种弧形胸墙中,波浪力随圆弧半径的增大而减小,半径为45 cm的弧形墙受力最大。     

斜向和多向不规则波作用于直墙堤上的波浪荷载

基于三维波浪物理模型实验研究的结果,参照国内外已有的研究成果,探讨了波浪斜向性和多向性对不规则波作用于直墙堤上波浪荷载的影响,表明波浪是否在堤前破碎其影响波浪荷载的规律是不同的.建议了斜向和多向不规则波作用于直墙堤上波浪荷栽的实用计算方法.     

Wave slamming loads on wave-piercer catamarans operating at high-speed determined by hydro-elastic segmented model experiments

Catamaran vessels operating at high-speed can be exposed to deck diving and bow damage and one resolution of this problem is the wave-piercer design of INCAT Tasmania. Owing to the complexity of the unsteady non-linear flow in the bow area during large wave encounter model testing has been undertaken to identify the peak dynamic slam loads on the ship structure. This paper provides experimental benchmark information relating to the wave slam loads on wave-piercing catamaran ferries. Since the time frames of transient slam loadings and whipping vibration of the entire hull in its first bending mode are similar it is important that the test model replicates the whipping response and therefore needs to be a hydro-elastic model. A 2.5 m hydro-elastic segmented catamaran model has been developed based on the 112 m INCAT Tasmania wave-piercer catamaran to establish the peak wave slamming loads acting on the full-scale vessel. Towing tank tests were performed in regular seas at a maximum full-scale operating speed of 38 knots. The model was instrumented to measure the dynamic slam loads acting on the centre bow and vertical bending moments acting in the demihulls of the catamaran model as a function of wave frequency and wave height. Peak slam loads measured on the centre bow were found to approach the total weight of the model, this being a broadly similar result to the peak loads measured at full-scale. It was found that global dimensionless heave and pitch accelerations peaked in the same range of encounter frequency as did the peak slam load.     

Nonlinear random motion analysis of coupled heave-pitch motions of a spar platform considering 1st-order and 2nd-order wave loads

In this study, we consider first- and second-order random wave loads and the effects of time-varying displacement volume and transient wave elevation to establish motion equations of the Spar platform’s coupled heave-pitch. We generated random wave loads based on frequency-domain wave load transfer functions and the Joint North Sea Wave Project (JONSWAP) wave spectrum, designed program codes to solve the motion equations, and then simulated the coupled heave-pitch motion responses of the platform in the time domain. We then calculated and compared the motion responses in different sea conditions and separately investigated the effects of second-order random wave loads and transient wave elevation. The results show that the coupled heave-pitch motion responses of the platform are primarily dominated by wave height and the characteristic wave period, the latter of which has a greater impact. Second-order mean wave loads mainly affect the average heave value. The platform’s pitch increases after the second-order low frequency wave loads are taken into account. The platform’s heave is underestimated if the transient wave elevation term in the motion equations is neglected.     

考虑一阶和二阶力spar平台垂荡-纵摇非线性耦合运动时域分析（英文）

In this study, the coupled heave-pitch motion equations of a spar platform were established by considering 1st-order and 2nd-order random wave loads and the effects of time-varying displacement volume and transient wave elevation. We generated random wave loads based on frequency-domain wave load transfer functions and the Joint North Sea Wave Project(JONSWAP) wave spectrum, designed program codes to solve the motion equations, and then simulated the coupled heave-pitch motion responses of the platform in the time domain. We then calculated and compared the motion responses in different sea conditions and separately investigated the effects of 2nd-order random wave loads and transient wave elevation. The results show that the coupled heave-pitch motion responses of the platform are primarily dominated by wave height and the characteristic wave period, the latter of which has a greater impact. 2nd-order mean wave loads mainly affect the average heave value. The platform's pitch increases after the 2nd-order low frequency wave loads are taken into account. The platform's heave is underestimated if the transient wave elevation term in the motion equations is neglected.     

考虑液舱内部水动力的FPSO波浪载荷研究

为研究液舱内液货自由面水动力效应对船体波浪载荷及船体运动的影响,基于一艘15万吨FPSO,选取液货舱原始布置形式下两种典型装载工况以及一组具有不同长度中部半载液舱的FPSO液舱分布模型,分别采用准静态方法和全动态方法对船体波浪载荷及运动进行计算。结果表明,使用准静态方法进行波浪载荷预报具有工程可靠性,中部半载液舱长度对船体波浪载荷及运动有一定影响。