横甩研究概况与发展方向

介绍了非线性动力学理论在船舶横甩研究中的应用，总结了近年来横甩研究的主要方法和结论，最后指出了横甩问题尚需深入研究的几个方面。     

操纵性方程在船舶横甩研究中的应用

综合操纵性和耐波性理论，采用船舶的三自由度操纵运动方程，加入波浪的扰动力项，得出一个船舶在发生骑浪时的非线性运动方程，用简化后的线性方程对某型驱逐舰随浪航行的横甩区域进行了大致绘算。结果与已有的横甩理论以及船模试验研究结论大型相符，最后提出一种基于操纵性试验的横甩试验方法。     

船舶骑浪/横甩薄弱性衡准研究综述

随着计算机技术的高速发展和数值模拟技术的不断进步,将水动力学的最新研究成果用于船舶第二代完整稳性薄弱性衡准的研究已成为热点,在船舶设计领域引起广泛关注。而骑浪/横甩是船舶在随浪和尾斜浪中航行时发生倾覆的主要原因之一,具有显著的动力特性,直接影响着航行安全;因此,首先对船舶骑浪/横甩的发生机理、研究的关键问题进行归纳和总结,然后对船舶骑浪/横甩薄弱性衡准进行分析和评价,最后对船舶骑浪/横甩的国内外研究进展进行评述。其研究成果能为制定第二代船舶完整稳性提供有益的借鉴。     

随浪中船舶舵效损伤试验研究

本文报道了船舶随浪航行时舵横向力模型试验，以静水中船后舵横向力为参照基准，分析了船舶位于波面不同位置处的舵效损伤及其原因，并试图说明，舵效损伤是船舶随浪航行发生横甩的一个重要原因。     

随浪中船舶舵效损失试验研究

本文报道了船舶随浪航行时舵横向力测量模型试验。以静水中船后舵横向力为参照基准，分析了船舶位于波面不同位置处的舵效损失及其原因。并试图说明，舵效损失是船舶随浪航行发生横甩的一个重要原因。     

船舶骑浪/横甩薄弱性衡准研究

骑浪/横甩是导致船舶在随浪或尾斜浪中发生倾覆的主要因素之一。为了准确预报船舶是否发生骑浪进而导致横甩,以SLF55/INF.15会议上美国学者提出的船舶骑浪/横甩薄弱性衡准草案和IMO SDC 1/INF 8会议上美国、日本学者联合提出的薄弱性衡准草案为基础,对薄弱性衡准进行分析研究,并编制相应的骑浪/横甩判断程序;以C11船型等样船为例进行样船测试,判断是否发生横甩,并和前人的计算结果相比较,并以此验证该薄弱性衡准草案的通用性和此程序的适用性,为制定第二代完整稳性提供技术支持。     

船舶在随浪中的运动与横甩预报

本文在水平的随船坐标系下，建立了船舶在波浪中的六自由度操纵运动方程。进行船舶在波浪中的回转运动和Z形操纵运动模型试验，验证数学模型的正确性。通过不同波浪和航速条件下船舶Z形操纵运动的模拟计算，预报船舶在随浪中的横甩，预报结果与试验结果比较一致。     

船型参数对骑浪/横甩薄弱性衡准影响研究

骑浪/横甩是IMO船舶第二代完整稳性的五种失效模式之一,是一种基于概率的稳性衡准,制定规范的目的是更有效地保障船舶在实海域中的航行安全,确保不发生稳性失效情况.本研究中,以IMO有关成员国提出的最新版骑浪/横甩薄弱性衡准草案为基础,基于自主开发的骑浪/横甩薄弱性衡准校核软件,针对围网渔船开展了样船计算和比较分析,研究IMO正在制定的骑浪/横甩薄弱性衡准方法对该类船型的适用情况,分析船型参数对骑浪/横甩薄弱性衡准的影响,为我国参与国际法规制定,提出针对骑浪/横甩薄弱性衡准的提案提供技术支撑和依据.     

骑浪横甩薄弱性衡准技术的发展

介绍了骑浪/横甩的物理背景,以及骑浪/横甩第一层和第二层薄弱性衡准发展过程,并分析了骑浪横甩薄弱性衡准计算方法及初步衡准,掌握骑浪横甩薄弱性衡准技术的发展现状,有助于骑浪/横甩相关技术领域的研究,为船舶第二代完整稳性的技术发展奠定基础。     

骑浪/横甩薄弱性衡准和模型试验研究

目前国际海事组织(IMO)正在制定的第二代完整稳性衡准,其中就包括骑浪/横甩薄弱性衡准。文章首先介绍了最新骑浪/横甩薄弱性衡准方法,应用自编的衡准软件进行样船计算,分析了当前衡准的适用性。其次,开展了内倾船型在随浪和尾斜浪中的骑浪/横甩试验,试验中获得了四种与骑浪/横甩相关的运动特性:周期运动、稳定骑浪、横甩和横甩导致的倾覆,而且在某波浪条件下观察到船舶连续发生三次横甩的现象。最后,将内倾船型的骑浪/横甩薄弱性衡准计算结果与试验结果进行对比,验证了衡准方法对于内倾船型的适用性。     

水下爆炸气泡作用下船体总纵强度估算方法

水下爆炸中的气泡脉动载荷会造成舰船的鞭状运动,对其总纵强度产生很大威胁,是战争中造成船体总体毁伤与丧失生命力的主要原因之一。基于势流理论,推导并建立船体梁气泡弯矩的理论与计算方法,同时综合考虑气泡弯矩、船体静水弯矩、波浪弯矩及砰击弯矩等其他影响因素,建立一套完整的气泡作用下船体梁总纵强度估算方法。通过算例,校核典型工况下多种弯矩同时作用时船体梁的总纵强度。计算结果表明,气泡脉动载荷产生的总纵弯矩具有周期性鞭振特性,且数值大于其他弯矩。在评估舰船总纵强度与生命力时,应充分考虑气泡脉动载荷的影响。     

升船机提升系统中船厢、水体和钢缆相互耦合作用分析

本文在作者[1]先前采用水弹性理论建立的对整个提升系统的动力特性进行数值研究的理论模型的基础上,首先对船厢变形状态下的缆力表达式作了更为详细的推导,然后以中国船舶科学研究中心的1∶30的缩比模型为对象,从整体角度,对其流固耦合问题,主要是提升过程中船厢内水体的晃荡、提升缆的受力和船厢动态响应,作了数值研究.在提升系统受到船厢内一非对称水波扰动的假定下,分别对船厢简化为刚性和考虑实际弹性的两种情况进行了计算、分析和对比,得出了一些有益的结论.计算结果表明,对升船机这样一个复杂系统,文献[1]中所建立的理论模型及本文的数值计算方法是可行的.     

U型水舱在船舶中的垂向布置问题

基于“船舶－被动式U型减摇水舱”系统运动微分方程，分析了U型减摇水舱在船舶中的垂向位置对船舶横摇质量惯性矩、横摇复原系数、横摇固有频率、船舶与水舱的耦合惯性矩等系统方程参数及对船舶横摇运动和舱内液体运动的影响。结果表明，水舱垂向位置高船舶横摇中心越远，由舱内液体引起的船舶横摇质量惯性矩和横摇复原系数越大，船舶横摇固有频率则越小。而耦合惯性矩则随水舱布置高度的变化呈减小的趋势。对于各种不同类型的船舶，存在一个使舱内液体不发生振荡的奇异位置，这时水舱不产生任何的减摇效果，船舶的横摇运动与不安装水舱时相同。利用我校所研制的减摇水舱模型性能摇摆台进行了水舱模型不同垂向布置时的强迫振荡试验，试验结果与仿真结果具有很好的一致性。指出了除水舱固有频率和水舱阻尼外，水舱在船舶中的垂直方向位置也是影响水舱减摇性能和船舶减摇后的横摇运动的主要因素之一，在减摇水舱设计初期应当予以考虑。     

Study of damaged ship motions taking into account floodwater dynamics

This paper presents an application of shallow water theory to describe the motion of floodwater inside a rolling ship in damage condition. The time domain theoretical approach to the coupled problems of ship and water inside compartment motions is briefly described, including the method used to solve for the water motion characteristics and forces exerted on the ship. This approach is applied to the study of the behaviour of a passenger Ro–Ro ship in regular beam seas and numerical results are given for the intact and damaged conditions. Comparison is made with experimental results. For the damaged condition, the characteristics of the floodwater motion are studied in the time domain for a number of different wave frequencies. The shape of the free-surface and phase of water motion in relation to the ship roll motion are shown for several wave frequencies. The dynamic floodwater roll moment is also shown and compared with the static roll moment (flat horizontal free surface), allowing the conclusion that the dynamic roll moment is much larger than the static roll moment, for high wave frequencies, and is in phase opposition in relation to the roll motion.     

Dynamic responses analysis of a 5 MW spar-type floating wind turbine under accidental ship-impact scenario

Ship impact against offshore floating wind turbine (OFWT) has been identified as one of the major hazards with the development of OFWTs. The dynamic responses of OFWTs under ship impact should be taken into consideration during the design phase. This paper addresses a study on the dynamic responses of an OFWT in ship collision scenarios. Firstly, a mathematical model for external mechanism of ship-OFWT collision scenario is developed. Secondly, this model is combined with an in-house programme, DARwind, which can be used to predict nonlinear dynamic responses of whole OFWT system in time-domain. With the newly combined analysis tool, simulation cases for different scenarios are conducted to investigate the nonlinear dynamic responses of OFWT system, including the cases of still water condition, wave-only condition and wind-wave condition. It is shown that in still water condition, the ship impact will more obviously change the responses of motions and mooring system, compared with those in wave and wave-wind conditions. In the wave-only condition, these motions responses of platform are suppressed by wave effect, but the tower vibration and tower top deformation are sensitive to ship collision. For the wave-wind combined condition, the motions increment in surge and pitch due to ship collision becomes smaller than that of wave-only condition, but yaw motion has a considerable variation compared with those of the other two conditions. Additionally, the blade tip deformation increment due to ship collision are analyzed and it is found that the edgewise tip deformation got more obvious increment than that of flapwise. To further asses the safety of OFWT, the acceleration at nacelle are analyzed because some equipment might be sensitive to acceleration. The analysis results indicate that even though the OFWT structure doesn't get critical damage by ship impact, the equipment inside may still fail to work due to the high value of acceleration induced by ship impact. The research outcomes can benefit the safety design of OFWT in the engineering practice.     

水力式升船机单井塔柱内对拉钢索优化布置

单井型塔柱结构极大改善了水力式升船机竖井水位同步性问题,但随着提升高度增大,竖井内水深越大,侧壁位移、弯矩过大等问题更加突出。以150米级单井塔柱为例,提出了竖井内布置对拉钢索的设想和简化布置方案。基于钢索拉力权重分配系数的优化方法,取得了钢索等应力的密度分布最优解,并离散转化为等效的等荷载布置方案,可在实际工程中应用。经有限元模型结果对比分析,等荷载布置与简化方案相比,最大位移可减小47.44%,纵竖向弯矩极值差别不大。与无钢索方案比较,最大位移、纵向弯矩、竖向弯矩可分别减小93.5%、74.36%、75.84%。高强钢索预应力方案值得进一步研究。     

单舱万吨重吊船1000 t联吊试验研究

以左舷配备2台450 t起吊机的单舱万吨重吊船为例,分析两个克令吊联合起吊1 000 t载荷的过程。在试验过程中,采用水箱式载荷,通过压载水调节和安装舷侧浮筒提高船舶稳性,研究起吊过程中船舶状态,并对该试验进行总结分析。     

船舶结构极限波浪弯矩统计特征的一致性定义

在船舶结构界可靠性方法已得到越来越广泛的应用。在进行现有船舶的可靠性分析或对新船制订可靠性设计规范时，必须要首先确定能力与载荷的统计特征。对于船舶结构来说，波浪弯矩是主要的载荷，极限波浪弯矩的统计特征对极限强度的可靠性分析十分重要。但是，通过研究发现，不同的文献中给出的用于确定极限波浪弯矩统计特征的概念和方法并不一致，这一差别可能对了随后的船舶结构可靠性分析和设计有一定的影响。本文旨在对船舶结构极限波浪弯矩统计特征的一致性定义作一些讨论，以期澄清一些概念。     

高扬程升船机多子结构耦合系统动力特性

采用有限元软件ABAQUS构建了高扬程升船机整体有限元模型,包括地基、塔柱、承船厢、厢内水体、钢丝绳、滑轮组、平衡重和纵横导向机构。通过数值模拟,对升船机整体系统进行了动力特性分析,探讨了地基刚度及承船厢竖向位置对升船机整体结构耦合振动特性的影响。计算结果表明:不考虑地基情况下,结构的振型更为密集,低阶模态中出现了频率为零的振型,运行系统可能发生动力失稳;升船机系统出现的以承船厢为主体的绕轴翻转振型和竖向升降振型将对安全机构的强度和系统的稳定性造成不利影响;承船厢竖向位置由低到高变化时,升船机结构各阶主振型对应频率值呈递减趋势。     

中型豪华邮船舱室模块吊运工装有限元分析

针对邮船舱室模块缺少强框架支持和易产生吊装变形等问题，对比4种常见的舱室模块吊装方式，分析在吊装过程中舱室模块容易变形的原因。以某中型豪华邮船舱室模块为例，设计一种吊运工装，利用有限元分析方法，计算吊运工装在不同工况条件下的结构强度和结构变形，并对其进行优化。结果表明，优化的吊运工装其结构强度满足中型豪华邮船舱室模块的吊装需求，可减少舱室吊装变形，提升船厂舱室模块吊装的安全性和高效性。