船舶风倾力矩数值预报方法研究

以集装箱船为研究对象,基于CFD技术,对船舶风倾力矩预报的有关理论、计算方法和具体应用进行了探讨。计算表明应用数值计算方法可以对不同速度下的风倾力矩进行计算,但数值模拟的风速在竖直方向上是均匀分布的,这与实际风速结构有点区别,而在与规范计算的比较中也可以看出两者有一定的差距,因而可能还需借助试验来验证其精确性。     

基于CFD的FPSO风载荷规范计算适用性研究

[目的]目前,设计人员多使用针对大型油轮的OCIMF规范和针对海上平台的API规范对FPSO风载荷进行计算,但因FPSO船舶上层建筑更为复杂,需进一步研究这2种规范对于FPSO风载荷计算的适用性。[方法]建立具有通用型上部模块的某30万吨级大型FPSO数值模型,对恶劣海况下不同风向角、横倾角下的FPSO所受风载荷进行数值模拟,分析其中存在的遮蔽效应;与规范计算结果进行对比分析,讨论在风载荷作用下FPSO受到的横倾力矩。[结果]结果显示,船舶正浮状态受到的最大风载荷和横倾力矩出现在270°风向角;船舶横倾状态下受到的风载荷和横倾力矩比正浮状态更大,最大横倾力矩出现在10.5°横倾角280°风向角;采用API规范和OCIMF规范得到的FPSO风载荷计算结果与CFD计算结果相差较大,二者在270°风向角的结果与CFD分别相差13.6%和24.5%。[结论]数值仿真给出的流场细节有利于分析上部模块间的遮蔽效应,能够较为准确地预报船舶所受到的风载荷,可以为考虑遮蔽效应的FPSO稳性设计提供参考。     

半潜式钻井服务支持平台随机风载荷特性研究（英文）

风载荷是海洋平台设计载荷之一,直接关系到平台稳性,确定平台在不同工况下的风荷载对于平台安全设计具有重要的工程意义。该文基于Fluent软件结合自编UDF程序,考虑Davenport、NPD以及API三种典型风谱的影响,利用简谐波叠加法将风谱由频域转换为时域内的随机脉动风速,引入雷诺平均法求解NS方程结合分离涡(DES)湍流模型对半潜式钻井服务支持平台在自存海况下的风力和风倾力矩开展了数值研究,并将数值模拟得到的最大风力及风倾力矩与ABS、DNV以及CCS的计算结果进行了对比验证。计算结果表明:平台受到的风力和风倾力矩与风谱自身特性、平台倾斜角及风向角等因素密不可分;同一工况下采用Davenport与NPD风谱计算时平台受到的平均风力(矩)较为接近;NPD风谱作用时平台受到的随机最大风力(矩)最大;采用API与NPD风谱计算时,各工况下最小风力(矩)随风向角的变化趋势、计算结果均基本一致。     

半潜式钻井服务支持平台随机风载荷特性研究

风载荷是海洋平台设计载荷之一,直接关系到平台稳性,确定平台在不同工况下的风荷载对于平台安全设计具有重要的工程意义.该文基于Fluent软件结合自编UDF程序,考虑Davenport、NPD以及API三种典型风谱的影响,利用简谐波叠加法将风谱由频域转换为时域内的随机脉动风速,引入雷诺平均法求解NS方程结合分离涡(DES)湍流模型对半潜式钻井服务支持平台在自存海况下的风力和风倾力矩开展了数值研究,并将数值模拟得到的最大风力及风倾力矩与ABS、DNV以及CCS的计算结果进行了对比验证.计算结果表明:平台受到的风力和风倾力矩与风谱自身特性、平台倾斜角及风向角等因素密不可分;同一工况下采用Davenport与NPD风谱计算时平台受到的平均风力(矩)较为接近;NPD风谱作用时平台受到的随机最大风力(矩)最大;采用API与NPD风谱计算时,各工况下最小风力(矩)随风向角的变化趋势、计算结果均基本一致.     

自升式海洋牧场综合平台抗倾稳定性分析

以自升式海洋牧场综合平台为研究对象，对平台抗倾稳定性进行分析。计算平台的倾覆力矩和复原力矩，分析抗倾安全因数，并校核桩腿强度。计算结果表明平台抗倾稳定性满足规范要求，可为自升式平台环境载荷计算和抗倾稳定性分析提供参考。     

舰船大风浪航行转向风险评估

目前大风浪转向问题一直是困扰航海界的难题。航海实践中,舰船指挥员多根据自身航海经验进行转向操作,风险较大。本文计算舰船转向过程中遭遇横浪时的倾覆力矩以及风倾力矩,在计算中考虑突风因素的影响,最终借助稳性衡准数对转向中的倾覆风险进行定量评估,以便舰船指挥员在选择大风浪转向方案时,能够做出更为合理的决策,从而提高大风浪中舰船航行的安全性。     

评定大相对功率单桨船舶初稳性设计时的最大横倾力矩

众所周知，按照传统方法，单浆船舶初稳性选择设计的通常仅以“横向风压力作用”、“移动重量集中移向一舷”及“回航时离心力作用”第三种不利情况联合出现时船舶所遭受的横倾力矩－最大横倾力矩作为衡准条件。     

测量有尾翼水下航行体横倾力矩的一种新方法

象鱼雷，运载器等水下航行体决定其运动性能的安定面和操纵面和通常布置在尾部，就航行体的横运动来说，尾翼即可产生控制力矩和力矩，也可产生干扰力矩，因此，试验测量尾翼引起的横倾力矩是很重要的。     

破损船舶瘫船时的横摇运动分析

为了研究破损船舶瘫船时的横摇运动,采用Davenport风谱计算定常风和阵风的风倾力矩,采用ITTC双参数波谱计算不规则波波浪力矩,采用增加重量法计算破损进水,建立了破损船舶瘫船时的横摇运动方程。最后以一艘船舶为例,计算了船舶非对称破损、对称破损以及完整状态下的横摇运动幅值,分析了破损船舶瘫船时的横摇情况。结果表明,船舶在破损时的横摇幅值远大于完整状态下横摇幅值且非对称破损时的横摇幅值最大。     

船舶在横浪中非对称非线性横摇的一种计算方法

在实际营运中,船舶由于遭受定常强横风作用或货物移动等而产生初始横倾后,其复原力矩、阻尼力矩及横向惯性矩会发生变化。考虑到上述情况,本文建立了与对称横摇相类似的非对称非线性(阻尼和复原力矩同时有非线性)横摇运动的数学模型,用直接方法导出了该运动方程的近似解析解;同时探讨了非线性参量对强迫振荡的影响。本方法曾进行了相当数量的计算,与试验数据比较,得到较满意的结果。     

NAPA软件在起重船完整稳性计算中的应用

本文以一条起重船的作业状态的完整稳性计算为例,介绍了用NAPA软件中的MACRO来求出风压倾侧力矩和最小倾覆力臂,并把它们应用到相应衡准中的方法。     

航行姿态对船底气层稳定性影响的数值研究

为揭示气泡船不同航行姿态下的气层稳定性,采用RANS方程与VOF模型相结合的方法,构建了大型平底气泡船粘性流场数值计算模型,并对该模型进行了验证。分析了航行横倾角、航行纵倾角对气泡船凹槽中气层形态及稳定性的影响,数值研究结果表明,凹槽深度与宽度之比为h/B时,存在一个临界横倾值arctan(h/B),当横倾角小于该值时可形成稳定的船底气层;横倾角大于该值时船底气层出现破碎现象,且横倾增加,破碎现象加重;较大的船体尾倾角会使气层发生破碎,对气层的稳定性不利,在航行过程中应尽量避免。     

FX自升式平台拖航稳性研究

自升式平台在拖航移位时,大部分桩腿位于平台上部,受风面积很大,在平台拖航移位过程中会受到很大的风倾力矩,有可能导致平台倾覆,故需对平台拖航进行稳性分析研究,确保平台拖航安全。本文提出了一种利用Moses软件对FX自升式平台进行完整稳性和破舱稳性分析的方法,该方法简单实用,计算效率高。使用该方法分析平台稳性,得出如下结论：自升式平台的吃水越大,其稳性越差;FX平台完整稳性的危险风向角为15度,破舱稳性的危险风向角为120度,最危险的破舱组合为压载舱2和4。论文成果可为类似平台的稳性分析提供参考,为平台的安全拖航提供技术支持。     

抛起锚稳性计算分析

海洋辅助船抛起锚作业时产生较大拉力,会对船舶的安全产生不利影响。通过应力分析,根据相关规范中抛起锚稳性衡准分析横倾力矩,进行抛起锚稳性计算。     

一种不对称稳性曲线积分计算方法

当有初始横倾时,稳性曲线是不对称的,但负值横倾角区间的函数值与正值横倾角区间的函数值的关系无人探求。当对不对称稳性曲线在始于负值的横倾角区间进行积分计算面积时,以前的做法是直接求出负值横倾角区间的函数值,再进行数值积分。本文经过推导证明,在用数值积分对不对称稳性曲线下的面积进行计算时,自变量为负值的区间的积分可转化到正值区间进行计算,并推导出了转化公式,并且得到结论：不对称稳性曲线是一个奇函数和一个偶函数的线性组合。按照推导出的公式,可在NAPA软件中编程方便地实现美军标DDS079-1破舱稳性衡准的计算。     

水下爆炸及随机外力下破损舰船的倾覆概率分析

探讨了水下爆炸载荷和随机风浪联合作用下破损舰船的运动及其倾覆概率的计算.将爆炸载荷作用及平均风扰动力矩处理为定常横倾力矩,建立了爆炸载荷和随机风浪中舰船运动的非线性微分方程.结合扩维技巧,将横摇方程转化为五维Ito随机微分方程,应用Gauss-Legendre路径积分法给出随机扰动为白噪声时横摇角度的概率密度函数随时间的演变,按照现有的倾覆准则给出预报一定装药量下舰船倾覆概率的表达式.通过算例,计算了破损舰船不同装药量下不同时刻的倾覆概率,分析不同装药量对倾覆概率的影响.研究表明,此方法简便可行,并能在数量上预报破损舰船在水下爆炸及随机风浪下的倾覆概率,为进一步研究舰船倾覆及稳性横准提供有益的参考.     

Influence of initial heeling angle on ship roll motion response北大核心CSCD

[目的]系统地研究初始横倾角对随机横浪下船舶横摇运动响应的影响。[方法]以路径积分法为基础,通过数值求解控制横摇运动微分方程概率属性的Fokker-Planck方程,得到横摇运动响应的概率分布。[结果]结果显示,初始横倾角对船舶横摇运动响应谱的影响有限,但对横摇角概率分布以及横摇运动响应极值分布的影响十分明显,且会造成船舶安全性的显著恶化。[结论]路径积分法可作为研究随机海浪下船舶横摇运动特性的有效数值方法。     

Assessment of residual ultimate strength of an asymmetrically damaged tanker considering rotational and translational shifts of neutral axis plane

This paper provides two convergence criteria to find translational and rotational locations of the neutral axis plane (NAP) for intact and damaged vessels. Definition of three types of asymmetries of a ship section is proposed: material-, load-, and geometry-induced asymmetries. Concept of moment plane (MP) is introduced to define the heeling angle of ship section. It is suggested that force equilibrium and force vector equilibrium criteria are simultaneously necessary to determine new position of NAP due to both translational and rotational shifts. In order to verify the applicability of the convergence criteria, midship section of a VLCC is selected with two types of asymmetries: one is due to heeling of a section and the other due to hull damages. 0° and 30° heeling conditions and collision-induced and grounding-induced damage extents based on ABS Guides and DNV Ship Rules are taken into account. The various section properties are compared according to the area reduction ratios for each heeling and damage cases. It is shown that ultimate hull girder capacities are closely related to the area reduction due to the damages. Using new convergence criterion, mobility of NAPs and force centroids in elastic and inelastic regimes are visually provided.     

大型全回转起重船抗横倾系统设计

大型全回转起重船起重机吊重货旋转时将产生很大的横倾力矩,需配置抗横倾水舱,通过反向调拨压载水,使船舶横倾控制在安全范围之内。文章对合理布置抗横倾水舱、确定抗横倾水舱的舱容、抗横倾泵流量的选取和抗横倾系统的模式进行论述,对于大型全回转和半回转起重船的分析设计提供较好的参考和借鉴。     

作为船舶控制装置的水翼艇的适用性研究（英文）

Centrifugal forces are commonly created when ships turn, which may cause a ship to capsize in a critical situation. A mathematical model has been developed to optimize the stability coefficients for ship, with the aim to prevent capsizing and to increase ship maneuverability in high-speed water craft. This model can be used to develop algorithms for control system improvement. The mathematical model presented in this paper optimized the use of multipurpose hydrofoils to reduce heeling and the trimming moment, maintaining an upright ship's position and lessening the resistance via transverse force. Conventionally, the trimming and heeling of a ship are controlled using ballast water; however, under variable sea conditions it is sometimes difficult to control a ship's motion using ballast water. In this case, a hydrofoil would be more stable and maneuverable than a ballast tank controlled vessel. A movable hydrofoil could theoretically be adapted from moveable aerofoil technology. This study proves the merit of further investigation into this possibility.