横风横浪中破损船舶瘫船稳性倾覆概率研究

为了评估船首破损以后的倾覆概率,基于完整船舶瘫船稳性研究,尝试将破损船舶时域进水过程和倾覆概率计算结合。用Monte Carlo方法数值模拟某船破损以后的倾覆概率,采用四阶Runge-kutta方法求解横摇运动方程,研究不同载况下的倾覆概率和稳性高度变化。计算结果表明:相比完整船舶,破损船舶的短期和长期倾覆概率都增大;而在进水过程中,破损船舶的倾覆概率先减小后增大,到进水终了时刻达到最大。研究成果可望为破损船舶瘫船状态下的倾覆机理和波浪中破舱稳性衡准的制定提供技术支持。     

瘫船稳性第二层薄弱性衡准技术研究

基于IMO第二代完整稳性草案中瘫船稳性第二层薄弱性衡准的有关内容,探讨了不规则横风横浪作用下瘫船倾覆概率的数值计算方法,开发了瘫船稳性第二层薄弱性衡准评估计算程序,同时对影响倾覆概率的因素进行了研究。计算中假定船舶处于瘫船状态,其横摇运动符合单自由度非线性横摇模型,外力扰动力矩包括风作用和波浪作用两方面。风浪作用均采用力矩谱方式表达,并结合北大西洋波高周期分布散点图设置环境条件,计算给定暴露时间内特定海区的瘫船倾覆概率。     

IMO瘫船稳性倾覆概率分段线性化和敏感性分析

国际海事组织(IMO)第2代完整稳性规则预计将于2019年定稿,目前仍处于大量样船的计算与完善阶段。处于横风横浪联合作用下产生大幅横摇甚至倾覆的瘫船状态,被公认是相对危险的稳性失效模式。因此基于瘫船稳性第2层衡准,针对2艘集装箱船,利用分段线性化方法得到横摇运动方程的解析解,并据此进行倾覆概率的计算。在样船计算的基础上同局部线性化结果进行对比,并对影响倾覆概率的敏感性因素进行分析:延长暴露时间、高峰宽频的波浪谱、选择GZ曲线顶点为分段分界点等均能提高衡准的安全裕度。在此计算分析的基础上为完善IMO瘫船稳性衡准的制定提供技术支撑。     

基于局部线性化方法的瘫船稳性敏感性分析及衡准完善

[目的]瘫船稳性是当船舶失去动力后,在横风横浪状态下发生共振横摇甚至倾覆的运动模式,是公认的较危险的稳性失效模式。国际海事组织(IMO)船舶设计与建造分委会(SDC)预计将于2019年完成第2代完整稳性衡准规则定稿,目前亟需大量的样船计算以完善规则。[方法]基于局部线性化方法,对3艘集装箱船进行了瘫船稳性第2层衡准校核计算,并分析了瘫船稳性敏感性与船舶各设计参数的关系。[结果]分析结果表明,随着船舶吃水深度的增大,船舶倾覆概率将先增大后减小,并对第2层衡准的标准值选取及衡准完善提出了建议。[结论]可为瘫船稳性衡准研究提供技术支持。     

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。     

IMO船舶瘫船稳性倾覆概率研究

目前国际海事组织(IMO)第二代完整稳性衡准工作组正在制定瘫船稳性薄弱性衡准。针对IMO瘫船稳性第二层衡准草案,首先对瘫船稳性第二层薄弱性衡准方法进行了分析。其次考虑风浪的联合作用,采用单自由度非线性横摇运动方程,利用IMO提供的国际标准船模CEHIPAR 2792,研究了GZ曲线分段线性方法和不同有效波倾系数对概率计算方法的影响。最后,通过计算不同风浪环境条件下船舶的倾覆概率,给出了不同概率计算方法的结果,验证了分段线性化方法计算倾覆概率的可靠性。     

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计算

针对当前在水下爆炸载荷和随机风浪联合作用下,破损舰船运动及其倾覆概率的计算结果误差较大的问题,对其进行研究。分析爆炸冲击波传播速度对战斗状态舰船的影响,推导出战斗状态下舰船横摇幅度加剧程度,得到水下爆炸载荷的倾侧力矩,并研究稳定航行中舰船的航速与绝对风速之间的关系,通过理论力学建立破损舰船的横摇运动方程,得出随机风浪对航行中舰船的扰动力矩,基于现有的倾覆准则,计算出水下爆炸载荷和随机风浪联合作用下破损舰船的倾覆概率。通过实验,对该方法与传统方法的计算结果误差值进行对比。与传统计算方法相比,该方法所得到的结果误差明显减小。     

船舶瘫船稳性倾覆概率计算方法研究

目前国际海事组织(IMO)第二代完整稳性衡准工作组正在制定瘫船稳性薄弱性衡准。本文针对2014年IMO船舶设计建造分委会(SDC)第一次会议草案,首先分析草案中意大利提出的瘫船稳性第二层薄弱性衡准方法,并对该方法进行了详细的介绍。其次根据草案方法采用考虑风浪的联合作用的1DOF非线性横摇运动方程,GZ曲线采用不同的拟合方法,有效波倾采用简化计算公式和已有数据拟合的两种方法,编制了相应的计算程序。最后利用标准船模CEHIPAR 2792计算了不同风速下倾覆概率,根据计算结果分析了不同的GZ曲线拟合方法及有效波倾的计算方法对倾覆概率的影响,并对瘫船稳性第二层薄弱性衡准方法提出修改意见。     

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.     

第二代完整稳性瘫船失效模式直接评估方法研究

国际海事组织(IMO)在第二代完整稳性规则的制定中,针对每一种失效模式提出了3层薄弱性衡准。目前,瘫船稳性失效模式薄弱性衡准已经完成了第1、2层次的内容,第3层次直接评估方案还未形成。本文基于IMO船舶设计与构造分委会第一次会议(SDC1)提出的第2层薄弱性衡准草案中关于瘫船稳性的相关内容,采用单自由度横摇运动数学模型,编制数值计算程序,模拟船舶在极端恶劣条件下风浪联合作用的横摇运动,计算给定暴露时间船舶倾覆概率。将计算结果与CEHIPAR2792标准模型试验结果进行对比,验证并分析数值方法的可行性,为确定该失效模式的直接评估方法提供参考。     

第二代完整稳性瘫船失效模式直接评估方法研究

国际海事组织(IMO)在第二代完整稳性规则的制定中,针对每一种失效模式提出了3层薄弱性衡准.目前,瘫船稳性失效模式薄弱性衡准已经完成了第1、2层次的内容,第3层次直接评估方案还未形成.本文基于IMO船舶设计与构造分委会第一次会议(SDC1)提出的第2层薄弱性衡准草案中关于瘫船稳性的相关内容,采用单自由度横摇运动数学模型,编制数值计算程序,模拟船舶在极端恶劣条件下风浪联合作用的横摇运动,计算给定暴露时间船舶倾覆概率.将计算结果与CEHIPAR2792标准模型试验结果进行对比,验证并分析数值方法的可行性,为确定该失效模式的直接评估方法提供参考.     

水面舰船破损稳性的概率评估方法

水面舰船生命力的主要影响因素之一是舰船遭遇不同武器破坏下的薄弱性,而薄弱性主要由破损稳性决定。目前,舰船破损稳性评估主要运用确定性方法,但该方法不能全面评估舰船破损稳性。为了更加客观、全面地评估舰船破损稳性,探讨水面舰船破损稳性评估的概率方法,提出变区间线性插值计算残存概率Si的新方法并开发计算程序。以某水面舰船为例,计算各种破损情况的进水概率Pi以及残存概率Si,并累加所有破损情况Pi和Si的乘积,得到分舱指数A。研究表明:通过将分舱指数A作为评估指标并考虑不同武器和碰撞的综合破坏效应,概率方法可以实现水面舰船破损稳性定量且整体的评估,能为舰船初步设计阶段主船体的分舱优化以致提高舰船生命力提供一种解决途径。     

具有淹水舱的舰船横摇运动建模探讨

舰船在风浪中横摇运动特性是影响舰船航行安全的主要因素,而当舰船由于碰撞、搁浅等意外事故造成船体破损进水后,具有淹水舱的舰船在风浪中的横摇运动将变得更加复杂,更加危险,文章系统地分析了具有淹水舱的舰船在波浪中横摇运动时船和舱内水的能量耦合作用,根据拉格朗日方程建立了具有淹水舱的舰船横摇运动两自由度微分方程,并在此基础上,用Melnikov方法对某实船破损进水后的横摇运动进行了非线性分析,验证了所建模型的实用性,为进一步分析破损进水舰船在风浪中的横摇运动特性提供了可行的数学模型.     

破损进水舰船非线性横摇运动的实验研究

通过设计破损舰船非线性横摇运动实验,对不同状态下的船模进行定频率变波高和定波高变频率的横摇激振试验,探讨舰船横摇运动的水动力特性随横摇频率和横摇幅角变化规律,分析Ⅱ类和Ⅲ类进水舱对破损舰船横摇运动的水动力特性的影响。运用混沌信号识别技术分析破损舰船进水后横摇运动的混沌特性,验证数值仿真的结果,预报破损舰船在规则波中的横摇运动的幅频响应和相频响应。     

损管训练模拟系统在舰船中的应用研究

基于舰船六自由度运动模型,提出Vegar环境中舰船运动模型的数学表示及其C＋＋语言描述方法,构建基于Vegar[1]的交互式舰船六自由度三维实景仿真系统,解算破损状态下舰船的参数,拟合破损舰船静稳度曲线,反映舰船在破损状态下的浮性与稳性特征,提供多样化的损管决策方式,训练指挥员对破损的处置能力,评估损管决策方案的科学程度,提高指挥员组织指挥舰船损管的水平。     

水下爆炸载荷和随机风浪联合作用下破损舰船运动及其倾覆概率计算

面对复杂的海洋环境,舰船在执行任务时,需要提升在恶劣海况下的生存能力。而舰船最可能面临水下炸弹爆炸或者风暴引起的大波浪,从而可能会发生倾覆事故。本文主要研究了舰船在发生破损情况时,如何提高其航行的稳定性,降低倾覆发生的概率。首先,本文对船体倾覆的几种模式进行分析,然后建立风浪作用模型和水下爆炸冲击波模型,并计算在上述情况下的倾覆发生概率与稳定程度。     

舰船进水过程中沉没判据研究

目前,国内外对于破损舰船沉没判据的研究,主要以舰船破损进水后的最终状态为判断依据,没有考虑进水过程中可能出现的危险状态,有一定的局限性。本文在分析美海军沉没判据不足的基础上,给出新的沉没判据表达式,用以判断舰船在进水过程中是否发生沉没,并通过某船计算验证该沉没判据的准确性。     

船舶波浪稳性研究现状分析

阐述国内外波浪中船舶稳性研究的最新进展,探讨波浪中完整稳性的几种失效模式的研究状况和发展方向,其中包括复原力变化导致的参数横摇、纯稳性丧失、瘫船稳性,以及和波浪中操纵性有关的横甩。总结波浪中影响破损船舶安全的三大因素(进水过程,船舶运动以及进舱水和船体之间相互作用)的研究方法和最新成果,为今后动稳性的研究指明了方向。     

随机风浪中舰船横摇倾覆概率分析

以路径积分法为基础,采用Gauss-Legendre公式探讨了随机风浪作用下舰船的运动及其倾覆概率计算。考虑阻尼力矩、复原力矩的非线性及风浪的随机性,建立了随机风浪中舰船运动的非线性微分方程,应用路径积分法给出白噪声随机扰动和定常风倾力矩作用时横摇角概率密度函数随时间的演变,按照现有的倾覆准则给出舰船倾覆概率的表达式。通过算例,验证了路径积分法的准确性,分析了各个参数对横摇角概率密度的影响,计算得出了不同风速、不同航速下的倾覆概率,以及倾覆概率随时间的变化。研究表明,此方法简便可行,并能在数量上预报舰船在随机风浪下的倾覆概率。     

舰船船底破损后的外载荷和应力研究

以某舰船为例,用符拉索夫法计算了鱼雷在舰船底部非接触爆炸使舰体结构产生破损后由于进水引起的浮态和载荷变化,给出了鱼雷命中破损后波浪弯矩随不同破损部位、不同进水体积的变化规律。在此基础上计算了鱼雷爆炸使舰体结构产生破损后的应力。研究指出,计算破损舰船结构应力时必须同时考虑破损使结构承载力大大下降和由于进水引起的浮态和载荷变化对舰艇生命力的影响。舰体结构的正应力和剪应力都随着进水体积的增大而增大,鱼雷最危险的命中位置是船中和剪力最大处。研究对舰船生命力的评估有重要意义。