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。     

海上三体风电运维船阻力和运动性能综合研究

结合海上风电运维船的使用要求和三体船型特点,确定小型高速三体风电运维船船型,并寻求特定海况下阻力性能和运动性能优异的侧体布局方案。基于CFD计算静水阻力和规则波中迎浪增阻与运动响应,并预报不规则波中运动有义值和阻力值。通过比较表明,主、侧体艉部对齐时三体运维船的综合性能最优。从而为海上三体风电运维船的设计和性能预报提供参考。     

高速三体船波浪中运动与增阻CFD计算研究

基于数值波浪水池技术,对波浪中高速三体船运动及增阻进行CFD计算研究。控制方程—RANS方程和连续性方程使用有限体积法离散,非线性自由面采用VOF方法处理;在入口边界模拟柔性造波板运动产生入射波,使用位于波浪水池尾部的人工阻尼区消波。首先对规则波顶浪中单个主船体的运动和增阻进行了计算,并与高速细长体理论计算结果进行了比较;随后进行了三体船运动和增阻计算,分析了侧片体对主船体阻力增加的影响。为高速三体船耐波性研究提供了数值工具。     

水面无人船运动姿态远程数据采集与监测

为进行水面无人船（USV）运动姿态数据采集和可视化监测,基于Arduino和Visual Studio 2019设计研发水面无人船远程数据采集与监测系统。该系统能够实现北斗卫星定位数据及USV六自由度运动姿态数据采集,同时采用卡尔曼滤波算法对采集到的数据进行优化处理以提高数据的准确性,通过LoRa通信模块实现数据远程发送与接收,将采集得到的数据以.xlsx格式存入本地,基于上位机对采集到的北斗定位数据和运动姿态数据进行可视化展示,实现USV远程可视化监测。试验结果表明：系统各项功能稳定运行,数据采集和传输功能平稳,基于卡尔曼滤波算法的数据处理优化效果显著,上位机所展示的可视化界面清晰直观、效果较好。该系统的数据采集、处理、传输、显示和保存等功能的实现,能够为USV操纵运动建模、基于运动模型的自动控制系统设计、航海仿真系统中以数据驱动目标船舶、USV远程岸基运动监测与指挥等提供数据支持,为水面无人船的技术发展、科研与教学试验等提供技术支持。     

三体船操纵特性计算机数值仿真

以三体船水动力型和K、T响应型（线性和弱非线性）操纵性运动方程为理论基础,以三体船重心运动轨迹微分方程组为数值仿真基础,采用仿真计算工具Matlab软件,对三体船回转运动轨迹、操纵性曲线以及Z型操纵试验曲线等操纵运动特性诸元进行了仿真计算。通过和单体船的对比分析,所得出的计算结果比较合理,计算结果显示三体船较单体船定常回转特性有所下降,而直线稳定性有所加强,跟从性和转首性有所提高。     

三体船操纵特性仿真研究

文章以三体船为目标船型,研究了三体船水动力导数计算方法,在建立适合三体船操纵特性计算的数学模型的基础上,对三体船的操纵特性进行了系统的计算机仿真,得出了回转轨迹、操纵性曲线、Z形试验曲线等具有工程实用价值的仿真计算结果。为进一步研究三体船的操纵特性提供了技术支撑。     

三体船连接桥结构型式研究

三体船的主船体和两个片体通过连接桥相连,连接桥作为三体船结构中的关键,其自身的强度对于三体船的安全性来说至关重要.所以,对连接桥的结构型式进行研究十分有必要.针对四种不同的连接桥结构型式,采用直接计算法进行总纵强度、横向强度和扭转强度的三舱段有限元计算.通过对计算结果的分析比较,得到了较理想的连接桥结构型式,并为新船型的研发和优化设计提供依据.     

规则波中迎浪航行的三体无人监测船阻力性能及片体布局影响研究

为研究三体无人监测船在迎浪规则波中航行的阻力性能,基于粘流理论建立了三维数值波浪水池,采用非结构四面体网格和六面体结构性网格相结合的网格划分方式,使用流体体积(volume of fluid, VOF)两相流模型,采用FLUENT商业软件完成了三体无人监测船在迎浪规则波中的阻力性能数值模拟,并研究了侧体布置对三体无人监测船阻力的影响.结果表明:在静水中,侧体与主体间距最小时三体船的阻力性能最好;在规则波中,三体船的总阻力随着侧体与主体间距的距离增加而减小,同时三体船的波浪增阻在侧体距离主体间距最小时最大,随着侧体距离主体间距的增加,波浪增阻有明显的减小.     

三体船连接桥应力集中区域优化设计研究

为了有效减少连接桥应力集中现象和提高三体船寿命,以某小型三体船为例,利用有限元方法计算连接桥在多种工况下的结构强度,确定应力集中区域,对比转角处不同半径的圆弧形状对连接桥结构应力集中区域的优化效果。计算结果表明:随着转角处圆弧半径增加,转角处应力减小,结构重量降低,且两者与圆弧半径近似成线性关系;通过增加连接桥转角处圆弧半径有利于减少应力集中,降低结构重量。     

三体船在迎浪和横浪中的运动响应计算

三体船作为一种高速船舶,具有非常多的优势,适航性也更加优良,航行过程中产生的阻力小、能源消耗低、较高的隐身性等,使三体船逐渐成为未来船舶制造领域一个主要的发展方向。在三体船航行的过程中,其耐波性能影响因素包括船体的船长、船宽、吃水量、浪向以及侧体布局等。为了能够提高三体船的内部性能,在设计之前必须要对三体船的迎浪和横浪中的运动响应进行快速计算,提高整个船舶的运行效果,保证船舶设计更加的科学。     

超细长三体船在不规则波中的运动及载荷响应研究

以1艘超细长三体船为例,分析求解其在不规则波的运动及载荷响应。根据计算,对响应结果进行分析。计算结果表明超细长三体船片体较小,对船舶总纵弯矩及垂向剪力分布的影响较小。但由于船舶重心后移,总纵弯矩及垂向剪力的最大响应也略后移;计算得出的横向弯矩分布规律表明,三体船在船宽方向也可假设成两端简支的单跨梁,据此为校核三体船片体及主体连接结构提供依据。航速不同,导致三体船浮态不同。通过计算分析,得出适合示例三体船的最佳设计航速,可以为三体船设计提供帮助。     

超细长三体船在不规则波中的运动及载荷响应研究

以1艘超细长三体船为例,分析求解其在不规则波的运动及载荷响应。根据计算,对响应结果进行分析。计算结果表明超细长三体船片体较小,对船舶总纵弯矩及垂向剪力分布的影响较小。但由于船舶重心后移,总纵弯矩及垂向剪力的最大响应也略后移;计算得出的横向弯矩分布规律表明,三体船在船宽方向也可假设成两端简支的单跨梁,据此为校核三体船片体及主体连接结构提供依据。航速不同,导致三体船浮态不同。通过计算分析,得出适合示例三体船的最佳设计航速,可以为三体船设计提供帮助。     

波浪中三体船非线性横摇运动近似解析解及特性分析

为了深入研究三体船横摇运动特性,本文应用多尺度法计算了波浪中非线性横摇运动的近似解析解,并通过数值方法及模型试验进行了三体船适用性验证.研究结果表明:三体船型的特殊性引起的非线性横摇阻尼和非线性恢复力使其具有特殊的横摇运动特性.其中,非线性阻尼主要影响横摇幅值变化,特殊的高阶非线性恢复力导致幅频曲线刚度渐硬,小阻尼共振状态下可能会发生不稳定大幅横摇运动.该研究从理论角度解释了三体船在波浪中可能表现出的与常规单体船不同的大幅横摇、跳跃、多值等非线性现象.     

基于CFD的规则波顺浪数值水池模拟

基于CFD（ Computational Fluid Dynamics）和粘性数值波浪水池技术,对顺浪航态的规则波波浪环境进行数值模拟,采用边界造波法进行波浪生成,VOF（Volume of Fluid）法模拟自由面。本文改进了传统的基于规则波的顶浪数值模拟方法,在特定波浪、不同航速条件下进行了顺浪航态的数值水池模拟。根据模拟呈现的动态效果,以及与Matlab仿真结果的对比,对试验的准确性进行验证。     

基于CFD的规则波顺浪数值水池模拟

基于CFD(Computational Fluid Dynamics)和粘性数值波浪水池技术,对顺浪航态的规则波波浪环境进行数值模拟,采用边界造波法进行波浪生成,VOF(Volume of Fluid)法模拟自由面。本文改进了传统的基于规则波的顶浪数值模拟方法,在特定波浪、不同航速条件下进行了顺浪航态的数值水池模拟。根据模拟呈现的动态效果,以及与Matlab仿真结果的对比,对试验的准确性进行验证。     

CFD simulation of 3-dimensional motion of a ship in waves: application to an advancing ship in regular heading waves

A new computational fluid dynamics simulation method has been developed for the unsteady motion of a ship advancing in waves. The objective is to evaluate the added resistance and predict the performance of a ship in waves. In this study, a finite volume method, in the framework of a boundary-fitted grid system, is employed. The motion of the ship is solved with six degrees of freedom by using the hydrodynamic forces and moments obtained from the solution of the simulation method. The marker–density–function method is employed to calculate the nonlinear free surface. This method is applied to the coupled motion problem of heaving and pitching. Received for publication on Nov. 15, 1999; accepted on Nov. 18, 1999     

Validation of 6-DOF motion simulations for ship turning in regular waves

In this study, a six degrees of freedom (6-DOF) motion simulation method of a ship steering in regular waves is validated. The proposed simulation model is based on the two-time scale concept where the 6-DOF motions are expressed as the sum of the low-frequency maneuvering motions and high-frequency wave-induced motions. Turning simulations of a KCS container ship model with a rudder angle of \(\pm 35^\circ\) in calm water and regular waves are performed and the obtained results are compared with the results of a free-running model test. The model tests were conducted using a ship model of length 3.057 m in a square tank at the National Research Institute of Fisheries Engineering, Japan. The wave conditions were as follows: the wave height was 3.6 m at full-scale, ratio of wavelength to ship length was 1.0, and the ship approached in the head wave direction before it was steered. The present method can simulate both the turning motion and wave-induced motions in regular waves with practical accuracy.

     

船舶在长峰不规则波中顶浪纵向运动的数值模拟

结合已有的耐波性研究成果,在基于粘性流理论,运用CFD方法成功构建长峰不规则波数值波浪水池的基础上,选择国际船模试验水池会议(ITTC)推荐瘦削型标准船模DTMB 5512作为试验对象,对船舶在长峰不规则波中纵向运动进行数值模拟,将数值模拟结果与势流理论计算结果进行比对,效果良好。     

Influence of varying restoring moment curve on parametric roll motion of ships in regular longitudinal waves

This paper examines the influence of stability characteristics on roll motion in the main parametric resonance region. For this purpose, parametrically exited roll motion was modeled as a single degree of freedom system considering heave and pitch effects by means of time varying restoring moment. In addition, restoring moment variations in waves with respect to time and instantaneous roll angle was modeled analytically using the restoring moment curves for the wave crest and wave trough conditions. Roll responses were evaluated in frequency domain by solving the model with an averaging method. Notable correlation between the stability of roll responses and moment curves were observed. The results revealed that, the ratio of metacentric height (GM)between the wave trough and wave crest affects the stability of the trivial solution. Furthermore, the shape of the restoring moment curves in wave trough and wave crest conditions affects the stability of the non-trivial solution or, in other words, the pitchfork bifurcations.