片体间距对SWATH船横向波浪载荷的影响

小水线面双体船独特的片体结构使横向波浪载荷成为其最危险的波浪载荷.在小水线面双体船设计初期,片体间距的确定十分重要.本文根据工程中某小水线面双体船的相关资料,对其正常装载状态、满载状态和最大排水状态3种装载状态进行波浪载荷预报.采用三维频域计算方法,对不同片体间距的小水线面双体船进行波浪载荷预报,给出各横向波浪载荷分量的RAO值和长短期预报值,并将波浪载荷的长期预报值与ABS和CCS中载荷的规范值进行比较.通过比较不同片体间距小水线面双体船的载荷预报值,得到小水线面双体船片体间距对其波浪载荷的影响特性,为小水线面双体船的初步设计提供依据.     

片体间距对SWATH船横向波浪载荷的影响

小水线面双体船独特的片体结构使横向波浪载荷成为其最危险的波浪载荷。在小水线面双体船设计初期,片体间距的确定十分重要。本文根据工程中某小水线面双体船的相关资料,对其正常装载状态、满载状态和最大排水状态3种装载状态进行波浪载荷预报。采用三维频域计算方法,对不同片体间距的小水线面双体船进行波浪载荷预报,给出各横向波浪载荷分量的RAO值和长短期预报值,并将波浪载荷的长期预报值与ABS和CCS中载荷的规范值进行比较。通过比较不同片体间距小水线面双体船的载荷预报值,得到小水线面双体船片体间距对其波浪载荷的影响特性,为小水线面双体船的初步设计提供依据。     

非典型双体船波浪载荷直接计算

小型双体船船体细长,仅由2个片体和桁架式连接桥结构组成,属于非高速双体船。因此,采用规范公式对其波浪载荷进行计算已不合理。采用中国船级社（CCS）的三维频域线性水动力计算软件COMPASS-WALCS对该型水面靶标波浪载荷直接计算,建立船体湿表面有限元模型、全船质量模型,根据三维辐射-绕射理论计算得到非典型双体船在满载工况时主要载荷参数的短期和长期预报值,确定不同组合工况下的设计波参数,用于全船结构强度的计算校核。对类似船型的船体波浪载荷直接计算提供参考依据。     

穿浪双体船扭矩计算方法研究（一）

穿浪双体船是在双体船的基础上开发出来的一种新船型。它因具有速度快，适航性好，布置宽敞等优点而受到人们的关注。但由于穿浪双体船左，右片体比普通双体船片体窄而高，连接桥宽度很大而其高度又很小的特点，使连接桥的横向强度，扭转强度成为结构设计的关键技术，穿浪双体船在航行中的波浪载荷是很复杂的，直到目前为止，还没有找到关于双体船设计“规范”专门对双体船外载荷进行准确，详细的研究与计算，这就给穿浪双体船的研究设计带来一定的困难，为此，针对穿浪双体船在波浪中的受力状态，根据力学平衡原理，在研究计算总纵弯矩的基础上，采用数学积分的理论方法，推导出了穿浪双体船波浪外载荷及连接桥扭矩，横向弯矩的计算方法，通过对某型穿浪双体船的计算，并与其他近似方法比较，认为本方法的计算经是相当精确的。     

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.     

顶浪规则波中小水线面双体船纵向运动特性数值分析

基于RANS方程和VOF模型求解船体粘性兴波流场,采用Overset技术处理船体运动,开展了小水线面双体船(Small Waterplane Area Twin Hulls,SWATH)迎浪规则波中运动响应特性及其产生机理的研究.通过数值计算结果与模型试验结果的对比分析,验证了本文方法的有效性;在此基础上,分析了船体运动响应曲线中各峰值产生的原因及片体间相互干扰对SWATH船在波浪中运动响应的影响,发现其中一个峰值出现的原因为遭遇频率接近船体运动固有频率,由此发生共振;另一个峰值的出现则可能与SWATH特殊的船型及附体配置有关.由于SWATH船片体间的水动力干扰效应,SWATH船在波浪中运动响应峰值较单个片体响应峰值明显减小,且出现的位置向低频方向移动.     

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。     

基于细长体公式的Truss SPAR在波流中的运动响应预报方法

利用细长体公式和刚体非线性运动方程建立Truss SPAR在波浪与流中运动响应预报方法。通过波浪自由表面和SPAR中心线方程构造辅助函数,迭代计算Truss SPAR瞬时湿长度。根据SPAR主体形状特点和流场中水质点运动规律,分段高效积分Truss SPAR上的水动力载荷。通过Runge-Kutta-Fehlberg方法求解运动方程,得Truss SPAR在波浪与流中的运动响应。对一座Truss SPAR在不同波流工况中的运动响应进行了预报,结果显示波浪和流使Truss SPAR产生了明显漂移运动和振荡运动,漂移运动的大小与流的方向有关,而振荡运动的幅值与波浪的方向有关。     

穿浪双体船纵向扭矩计算方法研究

穿浪双体船是近十几年开发的新船型,它因具有航速高、适航性好、布置宽敞等优点而备受关注.也由于该船型片体窄而高、连接桥宽而矮的特点,使连接桥的横向强度、扭转强度成为结构设计的关键技术,但目前关于穿浪双体船在波浪中的外载荷研究尚不多见.根据力学平衡原理,在研究总纵弯矩的基础上,采用数学积分的理论方法推导出穿浪双体船波浪外载荷分布及连接桥扭矩的计算方法.通过船模实验与实船计算结果进行比较,证明该方法是可靠、可信的,对实船设计有一定的指导意义及实用价值.     

基于遗传算法的五体船片体布局多目标优化研究

尝试并实现了iSIGHT优化软件与水动力计算软件HydroSTAR的集成优化,以五体船在波浪中的运动响应及增阻为目标函数,对片体布局作了多目标优化研究.运动计算采用三维频域面元法,增阻计算应用了近场压力积分方程,优化算法采用NSGA-II遗传算法,结果给出了Pareto解,还进行了DOE试验设计分析,为五体船片体布局设计提供参考.     

江海直达船舶波浪载荷响应试验与数值计算研究（英文）

The ship motions and wave-induced loads of a new type of river-to-sea ship are investigated experimentally and numerically. A river-to-sea ship is an unconventional type of container ship characterized by high breadth to draft ratio and low length to breadth ratio, which makes it more prone to hydroelasticity than conventional ships of the same size. A segmented model was tested under two loading conditions, namely, ballast and loaded conditions, to determine the vertical motions and wave-induced loads under each condition. Results are compared with numerical simulations in the frequency domain. The wave-induced responses are calculated by a nonlinear time domain code at each time step. The response amplitude operators of vertical ship responses in regular waves are analyzed, and the wave-induced responses are consistent with the experimental results.     

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.

     

迎浪规则波中小水线面双体船纵向运动及波浪载荷非线性特性数值分析

基于RANS方程和VOF模型求解船体粘性兴波流场,开展了小水线面双体船(Small Waterplane Area Twin Hulls,SWATH)迎浪规则波中纵向运动及波浪载荷的非线性特性研究.通过数值计算结果与模型试验结果的对比分析,验证了文中方法的有效性;在此基础上,较为系统地分析了SWATH船的垂荡及纵摇运动响应、垂向加速度和波浪载荷的一阶及二阶量随入射波高的变化规律,指出SWATH船的运动响应及载荷与波高存在非线性的关系,尤其体现在响应共振区附近;相比于船体垂荡和纵摇运动,垂向加速度及波浪载荷的非线性特性更为显著.     

布置方案对近海小型无人监测船波浪运动的影响

以一艘近海小型双体无人监测船为例,建立该双体无人监测船模型,通过使用基于平面势流理论的二维切片法,对无人监测船在不同布置方案下的运动响应情况进行计算分析,得出布置方案与无人监测船运动响应间的关系。研究结果表明:吃水深度、惯性矩对小型无人监测船在波浪中的运动性能影响明显,应在一定范围内酌情进行选取;重心高度对小型无人监测船在波浪中的运动性能影响不大,设计时应主要从稳性方面进行考虑。     

Ship motion-sloshing interaction using a field method

Even in relatively calm waters, low amplitude wave-induced motions of an LNG carrier may induce large amplitude liquid sloshing inside the ship's partially filled tanks, and the interaction between ship motions and sloshing may affect the ship's seekeeping properties. A computational procedure, here referred to as the RANS-RANS method, was developed to account for this interaction, and this method was then employed to predict the free surface flow inside the tanks and the corresponding motions of the ship in regular head and beam waves. This method coupled a compressible VoF technique with a generic wave generation and absorption scheme to obtain wave-induced ship motions with and without considering the effects of sloshing in the ship's tanks. Systematic grid studies were performed to obtain a sufficiently fine grid needed to yield converging predictions. The resulting wave patterns, ship motions, and internal sloshing elevations were compared with results obtained from a computational method, here referred to as the RANS-BEM method, that relied on a boundary element method to obtain ship motions. This RANS-RANS method was validated against model test measurements.     

三维流体动力方法计算穿浪双体船的船体响应

穿浪双体船船型复杂,航速较高,要准确预报其波浪载荷比较困难,但同时对于结构设计而言又非常重要。基于线性势流理论,采用三维流体动力学方法在时域上计算了穿浪双体船的运动响应和波浪载荷,时域计算结果经过傅立叶变换,在频域上分析了其响应特征。通过与规则波中试验结果和数值计算结果进行比较分析,表明用该方法计算穿浪双体船的船体响应可以获得比较满意的结果,可应用于同类船舶的波浪载荷预报。     

数值波浪水池中船舶顶浪运动模拟研究

文献[1,2]进行了数值波浪水池波浪环境的模拟、规则波顶浪中船舶水动力的计算以及船舶辐射问题的模拟.文章在其基础上,基于N-S方程,对规则波中顶浪前进的Wigley船模运动进行了模拟.数值模拟的船模运动结果与DUT(Dem University of Technology)的试验数据进行了比较,分析,二者符合较好.文中与文献[1,2]的研究工作一起,初步构建了真正意义上的基于N-S方程的数值波浪水池.     

穿浪双体船总体设计载荷研究

为了比较分析不同高速船规范的适用性,根据DNV、ABS、CCS和LR规范中关于高速双体船波浪载荷的评估方法,分别对一高速穿浪双体船进行了总体波浪设计载荷的评估。同时对该穿浪双体船进行了水池模型试验,包含规则波与不规则波的试验。试验对该双体船的纵垂向弯矩、横垂向弯矩、横向扭矩和纵摇有关扭矩进行了测量,分析了其传递函数和统计特性。根据对纵垂向弯矩、横垂向弯矩、横向扭矩和纵摇有关扭矩在规范与试验之间的比较分析表明,DNV规范中关于该穿浪双体船总体波浪设计载荷的评估与模型试验值最接近,CCS规范次之,ABS和LR规范中关于该穿浪双体船的总体波浪设计载荷的评估值较试验值大很多,尤其是横向波浪设计载荷的评估。通过对规范计算的总体波浪载荷与模型试验结果及其推断值的比较分析,进一步明确了现行规范对该双体船波浪设计载荷评估的适用性:采用DNV和CCS规范对该双体船进行结构设计是合理的;采用ABS和LR规范将偏于安全和保守。     

两船在波浪中耦合运动的三维频域理论研究

本文采用三维势流理论求解两船在波浪中相互干扰的耦合运动。基于源分布方法，两船船体表面被划分成若干面元，在每一面元上进行等源强分布。为了验证该理论以及算法的可行性，计算了有限水深中两圆柱的水动力干扰，其数值计算结果与其他理论结果吻合较好。其次计算了两船在波浪中无航速与有航速情况的水动力干扰，其结果与单船结果以及双船试验结果进行比较。同时深入研究了纵横向间距以及航速变化对水动力干扰的影响，得出间距与航速不仅是水动力干扰的重要参数，而且对两船中的小船影响尤为重要。本文的研究提出了一种有效而又简单的方法预报两船在波浪中的耦合运动，为分析海上航行补给所涉及的水动力问题提供了有效的手段。     

舰船波浪弯矩响应的频率特性

非直壁式舰船在高浪级和高航速下的弯矩响应中,除了含有低频遭遇频率成分外,还存在着一定数量的遭遇频率的倍频成分及船体各谐调的垂向总振动频率成份,它们都会对舰船波浪弯矩的非线性响应产生相应的影响。如果舰船的第一谐调垂向总振动频率正好是遭遇频率的整数倍,这时弯矩的非线性响应将达到极值。本文从模型试验及理论计算两方面分析了舰船波浪弯矩的频率特性,对船体载荷响应理论的发展及设计载荷的确定具有指导意义。