瘫船稳性横摇周期计算方法讨论分析

[目的]国际海事组织(IMO)对第2代完整稳性衡准的制定工作正处于不断推进与完善阶段,其中,瘫船稳性第1,2层薄弱性评估方法因是基于不同的原理制定,故样船评估结果的一致性问题较为明显,需进一步讨论分析评估方法的准确性。[方法]横摇周期是影响评估结果的主要因素。首先,基于船舶运动微分方程,对使用现有横摇周期计算方法进行评估存在的问题予以分析讨论;然后,将SDC 5/6/8标准中的横摇周期计算方法运用到瘫船稳性第1层薄弱性衡准中,编写程序;最后,选取24艘样船72种载况,采用现有方法和修正方法对计算结果进行对比分析[结果]结果表明,对于非线性特征明显的船舶,使用该横摇周期计算方法进行薄弱性评估,可以得到更加准确的结果。[结论]建议使用基于非线性的横摇周期计算方法进行薄弱性评估以及后续操作限制的制定。     

船舶参数横摇数值计算与力学机理分析

[目的]参数横摇是船舶在波浪中的特殊失稳现象,现有研究认为,波浪经过船体时稳性参数的变化是激发船体横摇的主要原因,但其力学机理并不明确。[方法]首先,基于惯性坐标下的垂荡和纵摇耦合运动方程,以及船体坐标下的横摇运动方程,建立垂荡、纵摇和横摇的混合动力学模型;然后采用所提出的摇荡耦合切片计算方法,数值计算船舶参数横摇运动,分析数值计算的横摇运动规律,并基于能量原理提出发生参数横摇的衡准。[结果]研究结果表明,船舶发生参数横摇的力学机理是,在横摇角增大过程中回复力矩系数吸收的能量小于横摇角减小过程中回复力矩释放的能量;发生参数横摇的衡准是,回复力矩系数一阶谐波分量的相位角位于[0,π]内。[结论]明确参数横摇力学机理有助于深入认识参数横摇失稳模式的物理本质,提出的参数横摇衡准对于船舶第2代完整稳性衡准的制定具有参考意义。     

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。     

集装箱船横摇惯性矩计算方法对参数横摇敏感性预报影响研究

迎浪条件下的参数横摇现象,作为一种重要的稳性失效模式受到了国际海事组织（IMO）的高度关注。由于横摇惯性矩对横摇固有周期的作用,使之成为参数横摇的决定性影响因素之一。本文比较了4种实船横摇惯性矩的计算方法,并采用一种三自由度弱非线性模型研究了其对参数横摇预报的影响。辐射力和绕射力的计算基于三维频域理论,时延效应采用脉冲响应函数法考虑。通过对3艘集装箱船的参数横摇敏感性分析,讨论了横摇惯性矩的不同计算方法对运动响应预报的影响,并给出了可用于第二代完整稳性参数横摇衡准的横摇惯性矩简化估算方法。     

纵浪中纵荡和稳性丧失对参数横摇的影响研究

目前国际海事组织正在制定船舶第二代完整稳性衡准,衡准方案中提出了建立可靠预报参数横摇数学模型的要求。本文针对纵浪中航速变化以及稳性丧失对参数横摇的影响开展了计算研究。首先建立了纵荡-垂荡-横摇-纵摇4自由度耦合数学模型,该数学模型中利用无横倾时的垂荡、纵摇运动以及纵荡导致的速度变化来确定船-波相对位置,然后沿着船体瞬时湿表面积分得到非线性横摇复原力的变化,同时顶浪中考虑了横倾时辐射力和绕射力对横摇复原力的贡献,随浪中考虑了大幅横倾时升力对横摇复原力的贡献。最后采用ONR内倾船型研究了顶浪和随浪中纵荡和稳性丧失对1/2倍遭遇频率参数横摇和1倍遭遇频率参数横摇的影响。研究结果表明,纵浪中除了大幅参数横摇发生的临界点之外,其余工况纵荡对1/2倍遭遇频率参数横摇影响很小,随浪中较高航速时纵荡和稳性丧失对1倍遭遇频率参数横摇影响比较显著。     

大型集装箱船参数横摇模型试验和数值模拟研究

以4000TEU集装箱船为研究对象,通过系列自航模型试验,确定其在迎浪规则波中发生参数横摇的限界。试验结果显示：在迎浪规则波中,参数横摇通常发生在波浪遭遇周期为横摇固有周期一半的附近;对应不同遭遇频率时参数横摇的发生,存在一个临界波高;航速的增加和舭龙骨的安装将使参数横摇发生的临界波高增加;当有初始干扰时,参数横摇发生的临界波高较小。而且,数值模拟结果与模型试验结果比较吻合。     

未来型集装箱船有待解决的几个技术问题

未来型集装箱船是以箱位数量大、航速比较高、安全性能好、可节省能源和船员为其主要特征。现在首批5000 TEU级的超大型集装箱船已在建造之中，估计不久的将来国际航线上就会出现6000 TEU级乃至箱位更多的未来型集装箱船。这种集装箱船之所以不但箱位数量很大。     

港池内中长周期波浪作用下船舶系缆动力响应

针对港池内船舶装卸作业的安全与稳定问题,采用基于势流理论的面元法分析程序AQWA,分析得到船舶与码头结构耦合作用下的14 000 TEU集装箱船动力响应幅值算子。在此基础上,进一步采用码头泊位前的真实波浪条件,得到14 000 TEU集装箱船在设计系缆方式下的船舶运动量响应和缆绳受力响应。结果表明,14 000 TEU集装箱船横摇周期较大,与港池内存在的中长期波(12～18 s)不相匹配,不易引起船舶较大幅度的动力响应;计算分析结果与系泊物理模型试验所得到的结果相吻合,说明所采用的计算原理与分析模型较为可靠,具有较强的工程实际应用价值。     

不同堆垛模式下集装箱船风载荷特性研究

[目的]针对实海域风浪因素的船舶性能评估与优化技术是船舶能效设计的关键环节,而风载荷是实海域船舶风浪环境载荷的重要组成部分。对大型集装箱船而言,堆垛模式对船舶风载荷特性具有显著影响。为定量研究其影响规律,[方法]针对具有相同集装箱装载量但堆垛模式互有差异的10 000 TEU大型集装箱船模型,开展覆盖多风速、全风向角范围的系列风洞实验,并采用CFD数值计算和藤原敏文经验公式等计算方法进行交叉验证。[结果]分析结果表明,船舶横、纵向受风区域的形状参数对于风载荷特性影响显著,呈流线型或阶梯型布置的常规堆垛模式整体上风载荷特性较好,但具有多个空缺的特殊堆垛模式在艏摇力矩等方面占有一定优势。[结论]研究结果可为实际工程中的集装箱堆垛模式设计和风载荷计算评估提供技术参考。     

基于静水阻力与参数横摇的集装箱船线型优化研究

对一条8000TEU集装箱船进行线型优化时不仅考虑了静水阻力性能,还将参数横摇指标用于判断集装箱船线型的优劣。在获得8000TEU集装箱船两个优化方案的静水阻力后,采用非线性时域面元法对两个方案的参数横摇进行了系统分析。分析结果表明,在相近静水阻力性能和同样的海况中,A1方案的最大参数横摇幅值明显小于A0方案。论文研究为集装箱船性能的优化增加一项目标,为集装箱船线型优化设计提供了新的思路。     

值得注意的大型集装箱船参数横摇现象

本文介绍了大型集装箱船的参数横摇现象，对大型集装箱船的影响、参数横摇的成因和如何避免参数横摇的办法作了探讨，还介绍了一种实用的IPRP系统(INTERING PARAMETRIC ROLLPRE-VENTION)即英特灵参数横摇预防系统的英文字母首字的缩写。IPRP系统能使横摇运动减少20％左右。最后作者介绍了IPRP在3200TEU集装箱船上的应用情况和5500，IEU超巴拿马型集装箱船的耐波性试验的情况，图4、表4。     

基于参数横摇的航行安全性研究

第二代完整稳性衡准中将波浪中船舶稳性失效模式分为五种,论文文主要研究其中的参数横摇模式,基于参数横摇衡准草案对在迎浪中航行的船舶进行计算。衡准计算中采用了多元线性回归的方法计算了静水中的回复力系数,运用Ikeda法计算横摇阻尼系数,最后运用二分法求出横摇幅值A。根据实船的计算结果,绘制出船舶航行时参数横摇的可能发生区域,结合图形为船舶的航行安全性提供操作指导。     

船舶参数横摇薄弱性衡准样船计算分析

目前IMO正在制定第二代完整稳性规则,参数横摇薄弱性衡准是其中的重要内容。论文基于IMOSDC1/INF.8参数横摇薄弱性衡准草案以及通讯组后续2次的修改草案,开发了参数横摇薄弱性衡准第一层和第二层计算程序。通过对C11船的薄弱性衡准计算,验证了该程序的可靠性。然后对16艘船舶共48种载况进行样船计算,并对参数横摇第一层薄弱性衡准和第二层薄弱性衡准的协调性进行了分析。这些为参数横摇薄弱性衡准的制定提供参考。     

超大型集装箱船艏艉砰击强度直接计算方法

为确保超大型集装箱船首部和尾部的结构在恶劣海况下受到砰击时不发生损坏,需要研究作用到艏艉外板上的砰击压力,并以此为设计载荷来校核外板及其相连结构的强度。针对目前对集装箱船砰击局部强度的校核仍以经验公式为主的情况,提出采用砰击直接分析方法提高超大尺度船舶强度校核的可靠性。初步分析砰击直接分析方法的基本原理,并运用该方法对20 000 TEU集装箱船的艏部砰击压力、艉部砰击压力和最小板厚要求进行分析,为超大型集装箱船的结构设计提供参考。     

大型汽车滚装船参数横摇研究

对于航行在纵向波浪中的船舶,参数横摇是横稳性中典型的不利情形。文章对参数横摇作了介绍,并对某大型汽车滚装船进行了实例分析。首先,对船舶在纵向波浪中的稳性变化进行了计算;然后,根据衡准进行验证;最后,采用数值仿真方法,研究了稳性变化、横摇阻尼、航速、航向等参数对参数横摇的影响。     

参数横摇薄弱性衡准评估软件的开发与应用

目前国际海事组织(IMO)正在制定包括参数横摇在内的第二代完整稳性衡准。基于工信部高新技术船舶项目"船舶第二代完整稳性衡准技术研究",根据IMO船舶建造与设计委员会第2次会议中提出的参数横摇薄弱性衡准提案,首先采用静平衡法处理波浪中不同横倾角时的升沉和纵倾问题;然后对瞬时湿表面进行压力积分求解稳性的变化,同时利用Fortran工具开发了参数横摇薄弱性衡准计算源代码,利用Ajax技术开发了评估软件操作界面;最后利用实船验证该评估软件的可行性,为第二代完整稳性评估软件的推广奠定基础。     

基于神经网络的围网渔船横摇运动研究

为了快速预报一艘65 m的围网渔船在任意载况规则波中横摇运动频率响应函数及不规则波中各海况下的横摇角有义值,应用神经网络的原理和算法,以该船7种实际航运载况的耐波性计算数据为训练样本,建立满足精度要求的围网渔船横摇运动神经网络预估模型。并分析吃水、重心高度、航速和浪向对横摇运动的影响。该模型可应用于风浪中船舶航行安全性评估。     

UR S34对超大型集装箱船直接强度校核的影响

针对14 000 TEU集装箱船舱段结构强度的有限元分析,对比UR S34与劳氏船级社规范的差异,分析UR S34对超大型集装箱船直接强度校核的影响,结果表明,UR S34生效后,按LR规范进行直接计算时应考虑加载工况的修改,实际上对集装箱船的舱段结构强度提出了更高的要求。     

10000 TEU超大型集装箱船的建造工法设计

基于超大型集装箱船技术难度高,建造难度大的问题,以10 000 TEU超大型集装箱船为例,通过对其建造工艺和工法的研究,按照船厂的生产流程,实施以涂装为核心、以优化生产管理为目的的工法,从而保证提高总装的水平,实现最优化生产。     

船舶第二代完整稳性参数横摇薄弱性衡准计算

国际海事组织(IMO)第二代完整稳性衡准工作组目前正在制定参数横摇薄弱性衡准。针对IMO船舶设计与建造(SDC1)第一次会议草案及会议期间提出的草案,论文对最新草案中的参数横摇薄弱性衡准方法进行了分析;并对不同船型在不同工况下的参数横摇薄弱性进行了计算。在此基础上提出了参数横摇薄弱性衡准值的修改方案,为IMO船舶参数横摇衡准的制定提供技术支撑。