基于CFD的船舶破舱进水时域模拟

船舶因破损进水导致危险情况甚至倾覆是船舶安全性研究中的重要问题。船舶在破损后进水的过程中,可能存在比最终状态更加危险的中间状态。本文以STAR-CCM+软件为研究工具,实现了对某客滚船瞬时非对称进水的动态模拟。针对自由漂浮的客滚船破损情景,论文利用VOF方法模拟水气自由液面,并首次利用重叠网格(Overset Grid)动网技术结合DFBI(Dynamic Fluid Body Interaction)六自由度求解器处理船舶破舱进水过程中的船舶升沉、横摇等运动。模拟结果可以得到舱内液面和船舶浮态随进水时间的变化情况,观察到水柱射流、水花飞溅等瞬时现象;将最终浮态结果与传统准静态方法相比较,吻合较好。     

考虑波浪作用影响的船舶破舱进水横摇时域分析

进行了船舶在横向规则波中舱室破损进水的二维时域模拟,采用准静态法,认为所有进水液面为水平,进水过程考虑破口内外液面变化,应用简化的水动力模型(伯努利方程)计算进水体积及进水倾斜力矩.考虑波浪静水压力作用,研究横向规则波频率、波高、破口位置对船舶破舱进水横摇运动时历影响.     

舰船破损进水的实时数值仿真

在岸基损管堵漏训练中,需要实时计算出堵漏训练舱的进水速度、浮态、稳性随时间的变化情况。本文建立了任意姿态条件下任意破口流速的计算模型,提出了内外液面到破口最低点距离的计算方法,并得出了单舱自由液面惯性矩的计算公式。通过软件编程,对进水速度、浮态与稳性的关系进行了可视化模拟,实现了船舱进水过程的快速实时仿真,为计算堵漏训练舱进水状态提供了重要支撑。     

基于液体交换的船舶破舱时域模拟

文章将船舶进水时域过程作为拟静态处理,计算出每个时刻的内外液体交换量,然后使用损失浮力法求解浮态方程计算该时刻的船舶浮态,直到进水过程终止.提出了一种适用于破口内外液体密度不同且互不相溶时计算液体交换的方法,给出了不同粘度液体的流量系数回归方程,并且针对一艘液货船破损后内外液体的交换情况进行了计算.提出的方法可以为破损船舶的救援以及防污染工作提供很大帮助.     

船舶破舱状态浮态的时域计算分析

基于准静态计算法,开发时域数值模拟计算程序,对船舶确定性破舱的浸水过程以及从舱室进水开始到浸水量稳定时刻再到船体停止横摇趋于稳定的时域内船体浮态进行分析,旨在弥补以往的破舱稳性计算和研究无法表现船舶横摇中浮态随时间变化的缺憾.并将这一计算模型用于3 100 TEU集装箱船某一破损条件下的确定性破舱稳性时域计算,得到结果经过对比分析证明具有较高合理性.基于计算结果,对破口长度对破损后的横摇过程的影响进行归纳.     

破损船舶的应急响应方法研究

船舶破损进水后的浮态与稳性发生变化,船舶在波浪中的运动响应及船体梁载荷也将随之改变,通过采取应急响应措施,可以有效改善其航行状况.以某一典型破损工况为例,计算了船舶破损后的浮态、稳性、运动响应及载荷,并与破损前进行了对比.结果显示:船舶破损后,横倾变大,横摇运动明显增加,扭矩与水平剪力增幅较大,水平弯矩与垂向剪力也有所增加.针对船舶的破损工况,提出了5种应急响应方案,对比这5种方案下的船舶状态,发现在左舷底边1号～5号压载舱各加入95％的压载水方案最优.     

负初稳性高不对称进水时舰船抗沉方案研究

为了有效辅助损管决策,研究了舰船负初稳性高状态下不对称进水时抗沉方案的生成.基于破损后的实时载况计算浮态和稳性;自由液面对静稳性曲线的修正采用规范法,提出了储备浮力的计算方法并据此生成抗沉方案.通过实例计算,证实了高层舱室存在渗漏水而产生大面积的自由液面是初稳性高为负的主要原因,不对称进水时应先恢复稳性再扶正舰船.针对初稳性高损失严重且储备浮力允许的情况,应考虑以储备浮力换取稳性的措施.     

空气可压缩性对船舶破舱进水的影响

在船舶破舱进水过程中,船舱内外流体动力行为非常复杂。本文采用CFD方法研究了考虑空气可压缩性影响情况下的船舶破舱进水动力学问题。研究中建立了基于求解RANS方程的船舶破舱进水计算模型,对姿态固定的破损箱型驳船进水过程进行时域模拟。将数值模拟结果与模型试验结果进行比较,验证了本研究所采用的计算模型的有效性。对数值模拟结果进行分析,如舱内水位变化情况、水体流经破口及在舱内蔓延现象及空气可压缩性对船舶破舱进水过程的影响。     

船体破损后总纵剩余强度预报

阐述采用符拉索夫拉沉性计算方法解决破损船舶总纵强度计算中的外载荷和破损模型等问题。研究破损船舶问题是在不沉性理论基础上进行的。首先从研究在静水中既朋纵倾又有横倾时船舶浮态参数入手，进而研究静置在波浪上的船舶浮态参数、波浪弯矩和波浪剪力。     

基于GPU并行的液货船破损浮态计算

为了提高液货船破损浮态计算性能,提出一种基于图形处理器(graphics processing unit,GPU)的船舶破损浮态并行计算方法。通过对船舶三维模型切片,然后对所有切割肋位横截面做等距偏移和简化,得到船舶外壳和破损舱室的外板离线数据。在GPU中进行船舶外壳、破损舱室和水线面的求交计算。然后对雅可比矩阵系数分类进行并行计算,将计算得出的雅可比系数送回中央处理器(center processing unit,CPU)中求解船舶破损浮态方程。通过计算两种载况下的破损组合,与直接使用CPU计算相比,在保证计算精度的前提下,计算速度可提高9～14倍,有效提高了液货船破损浮态浮态计算的实时性。     

静水中水面倾覆船舶打捞的力学分析

水面倾覆船舶的打捞过程是一项非常复杂的海上打捞作业。主要研究静水中水面倾覆船舶的打捞问题。首先对其进行稳性计算，然后初步规划出打捞方案，再对打捞过程进行力学分析。采用起吊能力较大的浮置起重机作为主要打捞工具，同时装配甲板滑车来支撑和稳定船舶。对打捞过程中船舶的水动力特性及起吊力的计算，运用matlab工具实现数值仿真。最后对计算结果进行分析。     

On the time for the abandonment of flooded passenger ships due to collision damages

The time dependency of the survivability of passenger ships in flooding accidents leading to ship’s loss is shown to be confined within short times after the flooding initiation. RoRo ferry and cruise type ships demonstrate similar behaviour, though vessel types differ with respect to the subdivision and the flooding process. The presented research is based on numerical simulations of the flooding of two sample passenger ships in collision damages and the estimation of the probability to capsize. The systematic fast character of capsize events is shown to be primarily a consequence of the extent of hull breaches. The IMO regulatory concept for orderly abandonment of damaged passenger ships, in addition to the safe return to port regulatory provisions, are discussed in view of the present results. The timely onboard damage identification by ship’s master and the enhancement of the SOLAS survivability requirements for passenger ships appear to be the most effective operational and design measures leading to improved survivability of the ship and to enhanced safety of people onboard.     

大型循环水槽吊舱推进器空泡性能试验研究

文章介绍了大型循环水槽实验室利用全附体船模进行了RORO吊舱推进器空泡性能试验研究情况及相应吊舱推进器空泡试验方法,并与Marin试验结果进行了比较。试验结果表明:在相同模型与试验工况下,吊舱推进器螺旋桨叶片上空泡形态及空泡诱导的船体脉动压力与国外Marin试验结果相当。     

国外船舶破损稳性理论分析

船舶破损后的稳性问题是长期困扰造船界的难题,它涉及随机海况下破损船舶的摇摆、进水和倾覆等多方面的复杂技术问题。简要叙述了国外船舶破损进水后的稳性理论计算研究状况,介绍了国际上在破损船舶动力学模型、舱内进水与船体的相互作用、破损口处的进流与出流模拟等3方面的研究进展。研究表明,三自由度耦合的数学模型在处理舷侧破损问题方面很有效,而六自由度非线性数学模型是未来船舶破损稳性计算的发展趋势,而且必须将船体与进水当作相互高度耦合的动力系统,采用水动力学进水模型进行处理。今后,还需采用模型试验深入观测波浪中船舶破损后的物理现象,以了解破损稳性机理。     

舰艇特殊进水过程的流量差值迭代算法研究

目前,在进行静水情况下的破损舰艇进水过程中的姿态计算时,通常使用流量差值迭代算法。然而,该算法的使用有一定的局限性。对于存在进满水舱室的特殊进水过程,破口流线的伯努利方程将发生改变,这导致了不能使用目前的迭代公式进行计算。因此,本文以该特殊的进水过程为对象,在对流线伯努利方程修正的基础上,利用隐函数求导模型和克莱姆法则,对此时的流量差值迭代算法进行了建模,并对该算法进行了船模实验验证。最后,针对某船的进水过程进行了仿真计算,横倾角时域变化曲线上的不连续点直观地表明了流量差值迭代算法的改变对进水过程仿真计算的影响。     

改进遗传算法在船舶自由浮态计算中的应用

为了更快、更准确地计算船舶自由浮态问题,对原有计算方法进行改进。根据船舶自由漂浮的平衡条件,将自由浮态计算归结为多目标约束优化问题,并引入一种改进遗传算法对该优化问题进行求解。实例计算表明,使用该方法,迭代次数明显少于基本遗传算法,船舶自由浮态计算时间大幅下降,计算结果准确可靠。研究结果对于迅速掌握船舶状态,可靠保障船舶生命力具有重要意义。     

船舶与浮式码头碰撞过程仿真

基于任意拉格朗日-欧拉法，描述了靠泊船与浮式码头碰撞过程中流固耦合关系。采用耦合法建立了浮式码头与靠泊船碰撞的仿真模型，真实模拟了船舶与浮式码头碰撞的过程，并与试验结果进行对比。由此可知，靠泊船碰撞对于浮式码头的运动响应、连接器所承受载荷、锚缆张力影响较为显著，流体区域也将产生较强的扰动，在实际工程应用中应加以注意。同时，也证明任意拉格朗日-欧拉法在流固耦合的研究领域优势明显。     

基于指数函数非线性反馈的船舶航向保持控制

为研究船舶航向保持控制问题,本文以“育鹏”轮为研究对象,建立了其非线性Nomoto船舶模型,设计了基于闭环增益成形算法的指数函数非线性反馈控制器,并以“育鹏”轮的非线性模型为被控制对象,用Matlab的Simulink工具箱进行系统仿真研究。系统仿真结果表明,建立的非线性Nomoto数学模型精度良好,设计的控制器进行船舶航向保持控制时效果优异,并且更节能。使用这种方法设计的控制器,可以很好地进行船舶航向保持控制,对今后的船舶运动仿真和控制器的设计具有重要意义。     

关于解船舶浮态问题的矩阵方法

本文给出了数值解船舶浮态方程组及其反问题,即按倾斜试验确定船舶重心坐标的矩阵方法。 三个算例表明,本文给出的方法是实用和有效的,不仅可以用于解平面问题,而且也可以用于解空间问题;不仅可以用于计算完整船舶浮态,而且还可以用于计算破舱船舶浮态。