甲板上浪时船舶在横浪中的随机跳跃

基于概率理论和非线性动力学方法研究随机横浪中甲板上浪船舶的随机跳跃.应用随机Melnikov均方准则初步划分了船舶发生随机跳跃的参数区域后,由路径积分法求解横摇运动微分方程,得到船舶横摇响应的联合概率密度函数.通过概率密度函数的形状和庞加莱截面判定船舶横摇运动的随机跳跃,并由时间历程进一步验证了结论的可靠性.研究表明,有甲板上浪时船舶横摇响应的联合概率密度函数有两个峰,船舶运动过程有两个可能的横摇状态.在非混沌参数区域中,这两个峰不相通,船舶运动只实现其中的一个状态而不发生跳跃.在混沌参数域中,当波浪激励达到一定强度时,这两个峰相通,船舶运动在这两个状态间随机跳跃,这将引发船舶的不稳定运动甚至导致倾覆.     

规则纵浪中船舶参数激励横摇运动研究

考虑船舶横摇运动中恢复力矩及阻尼力矩的非线性,建立船舶在规则波浪中参数激励下的非线性横摇运动方程,并对规则纵浪中船舶参数激励横摇运动进行研究,探讨船舶发生参数激励横摇运动的条件及大幅横摇的动力学特征,分析船速、波高及波长等因素对参数激励横摇运动的影响。     

船舶参数激励非线性随机横摇运动分析

研究了随机纵浪中船舶的参数激励横摇运动。将船舶初稳性高作为时变的随机参数激励,应用随机平均法和FPK方程,分析了船舶的参数激励横摇运动微分方程。考虑航速、船舶瞬时湿表面积及随机波浪,建立了船舶横摇幅值概率密度、概率分布函数及其均值的计算方法。以某渔政船为例,计算了不同航速时船舶随机横摇幅值的概率密度、概率分布函数及其均值。结果表明,参数激励谱峰频率为横摇固有频率的2倍时,发生主参数共振,船舶横摇严重,船舶倾覆发生的概率增加。     

一种新的路径积分法在船舶横摇概率计算中的应用

基于Gauss-Legendre积分规则提出了一种新的路径积分法来计算随机横浪中船舶非线性横摇运动的概率密度分布,新的路径积分法能够得出精确的瞬态概率密度分布,包括系统响应尾部区域的概率分布,其对系统的可靠性分析是十分重要的.船舶随机横摇运动微分方程考虑到阻尼力与恢复力的非线性.数值模拟了联合概率密度函数随时间的演变,分析了外部激励强度对船舶稳态概率密度分布的影响.数值模拟的结果表明新的路径积分法对研究船舶非线性横摇运动概率密度分布是十分有效的.     

随机参数激励下船舶的横摇运动

本文用能量包线统计平均法研究船舶在随浪和斜浪作用下的横摇运动,适用于阻尼较小因而激励谱的带宽较之响应谐的带宽大得多的情况。通过解 FPK方程可得出能量包线的概率密度,进而计算出各种响应统计量。这一方法允许把激励谱的具体形式考虑进去,特别适用于有强非线性恢复力矩情况。     

纵浪上船舶的动稳性研究

在纵浪上航行的船舶，当升沉（或纵摇）固有频率约为横摇固有频率的2倍时将发生参数激励主共振。本文考虑升沉对横摇的耦合作用，建立了非线性参数激励横摇运动方程。用多尺度方法对方程进行求解，用Floquet理论和分岔理论对定常解进行稳性分析，获得了参数激励主共振下的不稳定域和可以导致船舶倾覆的多数区域，为船舶的动稳性研究提供了一种新的方法。与数值结果的比较验证了本文的结论。     

船舶运动亚谐共振动力学行为的研究

船舶运动时的阻尼和刚度非线性，导致船舶大幅运动时横摇和纵摇之间的耦合，本文依据作者建立的船舶纵摇与横摇耦合的非线性方程，考虑强海浪激励情况以及纵摇和横摇的频率特征存在2：1的内共振关系，采用非线性动力学中的多尺度方法，求出了横摇和纵摇运动的摄动解，研究了亚谐共振发生的条件，给出了亚谐共振状态下船舶纵摇与横摇运动的动力学特征。研究表明，船舶亚谐共振的发生取决于波浪遭遇频率和纵摇频率的比值以及波浪激励的大小；船舶运动发生亚谐共振时，船舶出现大幅运动甚至倾覆。     

船舶超谐共振响应运动

由于船舶阻尼系数和恢复力矩的非线性，船舶大幅运动时横摇和纵摇耦合。各类船舶的纵摇固有频率接近横摇固有频率的两倍，存在基于动力学理论的2；1的内共振关系。本文考虑大幅波浪激励，建立了船舶横摇与纵摇耦合的非线性运动方程，针对纵摇和横摇频率存在2：1内共振关系以及波浪遭遇频率Ω等于1／4倍纵摇固有频率，采用多惊讶方法，求出了运动方程的摄动解，得到了横摇与纵摇超谐运动的时间历程响应，分析了产生超谐共振的条件。研究表明，在大幅波浪激励下，船舶将出现超谐共振响应，其运动特征是：横摇运动和纵摇运动均为两个不同频率谐波的迭加。横摇响应包括波浪遭遇频率谐波和横摇固有频率谐波；纵摇包括波浪遭遇频率谐波和纵摇固有频率谐波。两个谐波响应的迭加，使横摇和纵摇运动响应显著增加，并且横摇运动不再左右对称，针对算例进行了超谐运动响应计算，计算结果与本文的理论分析结论完全吻合。     

渔船非线性横摇理论研究分析

为讨论船舶在波浪中的非线性横摇,应用非线性动力学的方法对现象进行理论分析,得到主共振情况下船舶运动稳态响应的解析解,并对实船进行稳定性分析。通过不同波浪条件下船舶非线性横摇运动的模拟计算,预报船舶在横浪中的横摇运动,预报结果与试验结果比较一致。     

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.     

Influence of initial heeling angle on ship roll motion response北大核心CSCD

[目的]系统地研究初始横倾角对随机横浪下船舶横摇运动响应的影响。[方法]以路径积分法为基础,通过数值求解控制横摇运动微分方程概率属性的Fokker-Planck方程,得到横摇运动响应的概率分布。[结果]结果显示,初始横倾角对船舶横摇运动响应谱的影响有限,但对横摇角概率分布以及横摇运动响应极值分布的影响十分明显,且会造成船舶安全性的显著恶化。[结论]路径积分法可作为研究随机海浪下船舶横摇运动特性的有效数值方法。     

Black-box modeling of ship manoeuvring motion based on feed-forward neural network with Chebyshev orthogonal basis function

Based on polynomial interpolation and approximation theory, a novel feed-forward neural network, the feed-forward neural network with Chebyshev orthogonal basis function, is proposed for black-box modeling of ship manoeuvring motion. The neural model adopts a three-layer structure, in which the hidden layer neurons are activated by a group of Chebyshev orthogonal polynomial activation functions and the other two layers’ neurons use identity mapping as activation functions. Weight update formulas are derived by employing the standard back-propagation (BP) training method. With the simulated 15º/15º zigzag test data as input and calculated values of the hydrodynamic forces and moment as output, the feed-forward neural network with Chebyshev orthogonal basis function and the BP neural network are applied to identify the nonlinear functions in the nonlinear hydrodynamic model of ship manoeuvring motion. With the simulated 20º/20º zigzag test data and 35º turning test data as input, the hydrodynamic forces and moment are predicted by using the identified nonlinear functions. Comparison between the calculated and predicted hydrodynamic forces and moment shows that the feed-forward neural network with Chebyshev orthogonal basis function is superior to the BP neural network in identifying the nonlinear functions of the nonlinear hydrodynamic model of ship manoeuvring motion and is an effective method to conduct the black-box modeling of ship manoeuvring motion.     

大幅船舶横摇运动非线性附加质量惯性矩和阻尼矩特性的非参数识别（英文）

This study aims to investigate the nonlinear added mass moment of inertia and damping moment characteristics of largeamplitude ship roll motion based on transient motion data through the nonparametric system identification method. An inverse problem was formulated to solve the first-kind Volterra-type integral equation using sets of motion signal data. However, this numerical approach leads to solution instability due to noisy data. Regularization is a technique that can overcome the lack of stability; hence, Landweber's regularization method was employed in this study. The L-curve criterion was used to select regularization parameters(number of iterations) that correspond to the accuracy of the inverse solution. The solution of this method is a discrete moment, which is the summation of nonlinear restoring, nonlinear damping, and nonlinear mass moment of inertia. A zero-crossing detection technique is used in the nonparametric system identification method on a pair of measured data of the angular velocity and angular acceleration of a ship, and the detections are matched with the inverse solution at the same discrete times. The procedure was demonstrated through a numerical model of a full nonlinear free-roll motion system in still water to examine and prove its accuracy. Results show that the method effectively and efficiently identified the functional form of the nonlinear added moment of inertia and damping moment.     

船舶非线性横摇运动方程的线性化研究

考虑阻尼力矩和恢复力矩的非线性,运用能量法对正横规则波中船舶非线性横摇运动方程进行等效线性化,导出等效线性系数表达式,并验证其工程实用性,为船舶横摇预报提供理论分析计算模型。     

随机横浪中甲板上浪船舶的倾覆研究

应用相空间转移率,定量研究了随机海浪中甲板上浪船舶的倾覆,给出了甲板上浪对船舶抗倾覆能力的影响.综合考虑非线性阻尼、非线性恢复力矩和随机横浪激励,建立了无甲板上浪和有甲板上浪时船舶随机非线性横摇运动的一般方程.以一艘倾覆的拖网船为例,分别求解了无甲板上浪和有甲板上浪时,不同海况激励下船舶横摇的相对相空间转移率.以相空间转移率作为船舶稳性损失的度量,定量比较了两种情况下船舶的抗倾覆能力.研究表明,甲板上浪后,船舶在较低的海况下会产生较大的相对相空间转移率,甲板上浪严重降低船舶的抗倾覆能力,从理论上进一步揭示了甲板上浪船舶的倾覆机理.     

船舶大幅横摇运动

本文讨论了六个自由度船舶非线性运动方程.在船舶作大幅横摇运动假定下,采用压力积分方法,利用Taylor展开,导出其他自由度运动对横摇的非线性耦合运动方程.得到其他自由度运动对横摇的非线性耦合系数表达式,以及入射波和绕射波对横摇扶正力矩的非线性影响.结果表明,纵向运动对横摇的非线性静力耦合作用不存在,它们之间的耦合主要是由波浪引起的.     

可回转双桨电力推进船舶运动模型的研究

根据船舶分离型运动建模方法,分析了可回转双桨船舶的运动规律及其在船舶纵荡、横荡和艏摇三个自由度上的作用力,建立可回转双桨作用下的电力推进船舶的推进与回转运动模型,导出船舶运动线性响应方程。通过数值仿真,验证了可回转双桨电力推进船舶的推进与回转运动模型的准确性。