基于动态水域网格计算的船舶领域研究

为了满足现代船舶的发展需求,结合船舶自动识别系统(AIS)数据量巨大,包含了丰富的船舶信息等优点。本文利用SQL2012对AIS数据进行处理,建立包含船舶静态信息和动态信息的数据库;借助C#程序语言,构建以中心船舶为原点的网格坐标系,并以船舶间相对距离方位计算周围船舶在网格中的相对位置坐标;对同长度和类型的船舶进行网格叠加计算,并以船舶频数的方式进行统计,采用数据处理软件Matlab以最小二乘法的方式对统计结果进行处理;对研究水域的主要船型不同尺度的船舶领域进行对比和统计分析,并对不同船型船舶领域略作讨论,总结得出开阔水域船舶领域的特点。     

浅水域中船舶的操纵运动仿真研究

研究船舶在浅水中的操纵与控制是船舶航行安全的一项重要课题。根据势流理论，以某型船舶为仿真实体，进行仿真建模，通过对船体进行网格划分，基于不同船体网格模型进行浅水域的操纵性计算。研究结果反映出该型船舶在浅水域的操纵特性，为该型船舶在浅水域的操纵提供科学依据，同时对其它船型的操纵性研究具有一定的借鉴意义。     

长江干线船舶废气排放核算模型

为加快推进长江航运废气排放控制工作,在充分借鉴国内外船舶排放清单有关研究的基础上,建立自下而上基于船舶引擎功率排放因子法的长江干线废气排放核算模型。运用长江干线船舶的船舶自动识别系统(Automatic Identification System, AIS)静态数据对船舶功率数据分船型及区段进行处理,确定长江干线不同船型和各船长区段船舶的代表功率,结合长江干线船舶航行分布特征引入断面积分方式对断面区间船舶废气排放进行核算。以长江干线某区段为例,根据该区段船舶流量统计数据及船舶AIS数据核算得到区段船舶废气排放清单,并对核算区段进行废气排放时空分布特征研究,结果表明:模型计算研究区段2015年度船舶各类废气的排放量,普通货船废气排放量约占研究区段各类排放量的80%,排放量相对较高的区段主要分布在港区河段。     

内河典型水域船舶领域特征

为获取内河典型水域的船舶领域特征,利用船舶历史轨迹数据建立统计模型。通过网格化目标船周围水域,计算每一时刻下目标船周围距其最近的他船所占的网格,叠加每时刻下他船的网格分布,得到单船的网格密度图,对同一长度类型的船舶的网格密度图进行叠加,得到特定类型船舶的网格密度图。观测该网格密度图和分析该网格密度数据,得到特定类型船舶领域的形状和大小。分析结果表明:在内河典型水域,船舶领域的形状和尺度均与传统的基于理论分析的领域形状和尺度及海上自由航行水域船舶领域的形状和尺度有较大的区别。内河水域船舶的领域形状受船舶行为影响明显,呈非对称椭圆状,且椭圆长轴与船首向平行。船舶领域长度为船长的2.5~3.5倍,船宽的16~21倍;船舶领域宽度为船长的1.5~2.0倍,船宽的9~12倍。     

船舶在浅水域横向停靠运动粘性水动力计算

研究船舶在浅水域的低速横向漂移运动对研究船舶停靠运动特性具有重要意义.船舶停靠通常是一个低速慢漂的过程,在这个过程中,由于船舶特定的运动形式和几何形状,粘性水动力起主要作用,而兴波很小,其影响可以忽略,可以将自由面作为刚壁处理,从而使问题简化并大大减小数值计算的计算量.文中以标准Wigley船型为对象,对船舶在浅水中横向漂移运动的粘性流场和水动力进行了计算.为了得到准确、稳定的计算结果,分别选取了不同的计算区域、网格数量和湍流模型进行计算,并将计算结果与他人的计算结果和模型试验结果进行了比较,确定了模拟船舶低速停靠运动粘性流场的有效的数值方法.     

基于AIS数据的船舶领域建模

为研究船舶领域,利用船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)数据,提出一种船舶领域建模方法。根据样本选取目标船,通过提取目标船的周围船舶,对周围船舶相对目标船的运动轨迹进行拟合,从而求取船-船最近距离,以该最近距离确定目标船周围最近船舶的相对位置分布,构建出船舶领域统计模型。以最近船舶的相对位置分布为样本,运用统计学的方法,进行样本估计,进而确定船舶领域的形状和大小。利用荆州渡船区域的AIS数据,对该模型进行验证,并通过对比分析横穿航道的横驶船与航道内直航船以及不同尺度的上行船舶和下行船舶的船舶领域特征,得到不同类型船舶的领域特征差异。结果表明,利用该模型所确定的船舶领域与实际情况相符。     

基于AIS数据的区域性搁置船舶统计

为直观展示某区域船舶运力富余状况,提出统计该区域搁置船舶的数学模型.该模型首先从AIS数据中提取当前时刻速度小于搁置船速的统计区域船舶,然后累计船舶上述状态持续时间,最后从中判断出搁置船舶,并对搁置船舶进行分类统计.实验结果表明,搁置船舶的统计结果能直观地反映特定区域搁置一段时间的各种船型的数量和吨位及其变化趋势,为船公司、港口以及货主等了解特定区域航运运力情况提供了一种新的方式.     

内河并列桥梁桥区水域船舶领域模型与通过能力研究

在现有船舶领域模型的基础上,根据内河并列跨河桥梁通航孔布置的特点,提出了适用于该桥区水域的船舶领域模型。利用该船舶领域模型,可计算得到代表船型船舶的通过能力,从而为桥梁建设、通航安全管理及海事纠纷处理提供依据。     

基于AIS数据的散货船压载吃水取值研究

考虑到散货船压载吃水在压载工况下的系泊船舶作用力计算、桥梁净空高度设计等工作中是十分重要的参数,但在港口工程中尚无完善的计算方法,现行规范和相关标准的船型资料中亦未提及.通过对大量散货船船载AIS数据中压载吃水值的统计分析,得到不同吨级散货船不同累计频率下的压载吃水值.将得到的统计结果与国内外几种散货船压载吃水计算方法得到的计算结果进行比对分析,为船舶压载吃水的取值和规范修订提供参考.     

码头前系泊船舶的附加紧水体质量系数

船舶附加水体质量是影响系泊船舶撞击力的重要因素之一.为了制定更为合理的系泊船舶荷载设计标准.需要针对船舶的附加水体质量系数开展深入的参数研究.采用三维频域方法,分别对无限开敞水域和半无限开敞水域中不同船型进行了计算,分析了船舶尺度、水深、装载度和码头类型等因素对附加水体质量系数的影响.结果表明:船舶尺度(或装载度)越大...     

减摇复合船型首部构型设计与水池模型试验研究

船舶在波浪中航行时的纵向运动性能是衡量船舶综合航行性能的重要指标.为了改善船舶在波浪中的纵向运动性能,本文基于首部减摇组合附体技术对某型船首部构型进行改造并通过水池模型试验对其静水阻力和耐波性进行了分析研究.在分析该船作业及航区特点的基础上,通过船首部线型改造及减纵摇组合附体构型优化,给出适用于该船的首部构型方案.应用CFD软件和修正切片法进行水动力性能分析,并对船首构型方案进行优选.将优选出的性能较优复合船型方案和原船型开展水池模型静水阻力与耐波性对比试验分析,验证减摇复合船型的静水阻力性能与耐波性能.试验结果表明,改造后的复合船型减纵摇效果明显,对应实船四级海况18节航速下纵摇与首部加速度有义值较原船型降低15%以上;复合船型静水阻力有所增加,实船18节航速下静水阻力增加13.5%.     

对船舶抗碰撞性能分析中的两个因素的评述

从以往的对船舶的抗碰撞分析研究中,发现有两个因素在很多分析中被忽略,一个是船舶碰撞中最易破坏位置的选择,另一个是在某些船舶舷侧舱水存在时忽略了其对船舶抗碰撞性能的影响.通过对典型结构进行仿真分析,指出船舶最佳碰撞位置的选择并非一定位于通常所认为的强框架中心点处,而是取决于板与加强筋的相对刚度,以及撞击船撞头的形状,以及通过某FPSO双舷侧结构为例分析了在舷侧舱水存在的情况下,由于撞击的短时和水的惯性迟滞效应,使得提高了船舶的抗碰撞性能.对这两个因素的分析有助于今后更加完善的对船舶抗碰撞性能进行评估.     

An analytical method for predicting the ship side structure response in raked bow collisions

As an increasing number of ships continue to sail in heavy traffic lanes, the possibility of collision between ships has become progressively higher. Therefore, it is of great importance to rapidly and accurately analyse the response and consequences of a ship's side structure subjected to large impact loads, such as collisions from supply vessels or merchant vessels. As the raked bow is a common design that has a high possibility of impacting a ship side structure, this study proposes an analytical method based on plastic mechanism equations for the rapid prediction of the response of a ship's side structure subjected to raked bow collisions. The new method includes deformation mechanisms of the side shell plating and the stiffeners attached. The deformation mechanisms of deck plating, longitudinal girders and transverse frames are also analysed. The resistance and energy dissipation of the side structure are obtained from individual components and then integrated to assess the complete crashworthiness of the side structure of the struck ship. The analytical prediction method is verified by numerical simulation. Three typical collision scenarios are defined in the numerical simulation using the code LS_DYNA, and the results obtained by the proposed analytical method and those of the numerical simulation are compared. The results correspond well, suggesting that the proposed analytical method can improve ship crashworthiness during the design phase.     

Global robust and adaptive output feedback dynamic positioning of surface ships

A constructive method was presented to design a global robust and adaptive output feedback controller for dynamic positioning of surface ships under environmental disturbances induced by waves, wind, and ocean currents. The ship’s parameters were not required to be known. An adaptive observer was first designed to estimate the ship’s velocities and parameters. The ship position measurements were also passed through the adaptive observer to reduce high frequency measurement noise from entering the control system. Using these estimate signals, the control was then designed based on Lyapunov’s direct method to force the ship’s position and orientation to globally asymptotically converge to desired values. Simulation results illustrate the effectiveness of the proposed control system. In conclusion, the paper presented a new method to design an effective control system for dynamic positioning of surface ships.     

考虑弹塑性土体作用的船舶搁浅损伤特性研究

船舶软搁浅是指船舶搁置在由较软粘土构成的海床或者在柔软的浅滩上的事故。航运业的发展与船舶的大型化趋势使船舶发生软搁浅的风险大大增加,研究船舶的软搁浅性能对船舶设计与制造具有重要意义。本文基于有限元分析软件ABAQUS,选取典型的软搁浅场景,以12,000DWT油船舱段结构为分析对象,研究舱段结构在搁浅过程中的变形、吸能、加速度响应等性能参数。通过系统分析不同速度对船体结构的搁浅性能的影响,全面分析其搁浅性能。本文的相关结论可以为分析船舶软搁浅事故及设计抗冲击舱段结构有一定指导作用。     

内河AIS服务性能指标研究与平台设计

针对当前内河AIS服务性能评价指标单一且实船测试过程复杂等问题,从单船、单个基站和航段区域3个角度,提出内河AIS服务性能评价指标。在此基础上,设计了基于长江电子航道图的AIS服务性能分析平台,通过多条件数据查询、数据处理,实现评价指标的计算以及历史AIS数据的显示。以长江岳阳航段为例,开展AIS服务性能分析平台测试。测试结果显示:单船丢包率差异较大([6. 73%,62. 43%]);基站间存在覆盖区域相互重叠的现象,导致单个基站的丢包率约为45%;航段区域整体丢包率和错误率分别为16. 63%和1. 57%。分析结果表明平台可有效实现AIS服务性能分析与数据可视化,从而保障内河AIS数据的可靠性,提高海事管理和服务的水平。     

基于角速率匹配法的船体变形实船测量技术研究

针对船体变形测量技术大多处于理论仿真的局限性,提出了基于实船试验的船体变形测量技术,考虑到测量速度的需要及静态变形角缓慢变化的特征,推导了基于角速率匹配法"准静态"模型。采用Kalman滤波技术对Mochalov模型和"准静态"模型下的变形角进行了估计,从实船试验的角度验证了船体变形的产生原因,拓展了"准静态"模型适用范围,进一步分析了舵操作对船体变形角的影响。试验结果表明,"准静态"变形角对缓变静态变形角跟踪效果良好,提高了静态变形角的测量精度,为光纤陀螺船体变形测量技术的实际应用奠定了坚实的基础。     

Longitudinal strength of ships with accidental damages

This paper presents an investigation of the longitudinal strength of ships with damages due to grounding or collision accidents. Analytical equations are derived for the residual hull girder strength and verified with direct calculations of sample commercial ships for a broad spectrum of accidents. Hull girder ultimate strengths of these sample vessels under sagging and hogging conditions are also calculated, based on which correlation equations are proposed. To evaluate a grounded ship, using the section modulus to the deck would be optimistic, while using the section modulus to the bottom would be conservative. On the contrary, to evaluate a collided ship, using the section modulus to the deck would be conservative, while using the section modulus to the bottom would be optimistic. The derived analytical formulae are then applied to a fleet of 67 commercial ships, including 21 double hull tankers, 18 bulk carriers, 22 single hull tankers and six container carriers. The mean values, standard deviations and coefficients of variation for the coefficients in these new analytical formulae are obtained. The ship length exhibits little influence on these coefficients because they are close to the mean values although ship length spans from 150 to 400 m. The ship type shows some influence on the residual strength. Uniform equations are proposed for commercial ships which do not depend on a ship's principal dimensions. These formulae provide very handy tools for predicting the residual strength in seconds, without performing step-by-step detailed calculations, an obvious advantage in cases of emergency or salvage operation.     

Economies of container ship size: a new evaluation

Based on recent operation performance data, the earnings and costs of container service have been investigated in the context of two inches developed by the japanese and used elsewhere in East Asian shipping: charater base. Although the average size of container ships on the world's main trade routes has increased over the past two decades it is dangerous to generalize about the ecnomies of scale derived from larger ship size. The effects of ship's on voyage results vary in accordance with such factors as ship's purchase price, level of running costs, level of freight rates, voyage length, achieved load factors and accounting methods used for allocating fixed costs. The question of optimum vessel, therfore, has no generally applicable answer. Shipowners must compromise.     

大型半潜船球首设计及阻力性能对比分析

在船速较低的肥大型船舶上，安装球鼻艏会在很大程度上降低船舶受到的阻力，球艏对艏部型线有缓和的作用,使船舶艏部水流发生改变,减少艏底漩涡,从而降低形状阻力，进而改善船舶的水动力性能。根据设计的10万吨级半潜船船型的船模静水阻力试验情况，该船舶船首由直立型改为球鼻艏型式，通过对原型和改进后的船型的阻力试验结果进行对比，检验了新船型的减阻性能，同时对船尾伴流场进行了研究，发现船首形状改变对尾部半流场影响不大