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.     

基于动态执行机构的船舶循迹反步积分控制

文章针对连续曲率路径,用一种简单的几何方法生成连续曲率的路径.基于该几何方法生成的连续路径,文中利用line-of-sight(LOS)引导律解决了循迹控制中横向偏差最小的问题.为了减弱控制输出的振荡和获得平滑的控制输出,一种基于动态执行机构的改进反步积分控制器在过驱动船舶循迹控制中得到了应用.值得注意的是,文中用积分操作来抵抗风浪流环境力.数值分析结果展示了该控制器的有效性.     

采用一种高阶面元法数值求解浅水船舶兴波问题

开发了一种基于B样条的高阶面元法用来求解浅水船舶兴波问题.船体表面和自由面上分别布置Rankine源,同时利用镜像原理来计及水底的影响.物体儿何用B样条曲面精确表示.在求得边界面卜的源强密度分布后,物面上的速度势用B样条来表示.数值计算中采用配置方法,并且用高斯-勒让德公式来计算方程中的积分.为了验证文中方法的有效性,用本方法计算了Wigley船在深水和浅水中的兴波水动力和波形,所得数值结果与试验结果和其它数值结果进行了比较,吻合程度令人满意,表明本方法被用来求解浅水船舶兴波问题是有效的.     

基于动态执行机构的船舶循迹反步积分控制（英文）

文章针对连续曲率路径,用一种简单的几何方法生成连续曲率的路径。基于该几何方法生成的连续路径,文中利用line-of-sight(LOS)引导律解决了循迹控制中横向偏差最小的问题。为了减弱控制输出的振荡和获得平滑的控制输出,一种基于动态执行机构的改进反步积分控制器在过驱动船舶循迹控制中得到了应用。值得注意的是,文中用积分操作来抵抗风浪流环境力。数值分析结果展示了该控制器的有效性。     

船体结构对水下冲击波动态响应的数值研究

船舶的水下爆炸响应是一个重要而复杂的问题,对船舶抗爆能力的提高有着重要的意义.本文使用商业有限元程序ABAQUS对某船体在水下爆炸冲击波作用下的动态响应进行了数值模拟.该问题解决中包括流固耦合问题,边界条件的处理.详细给出了某船舶在水下爆炸的响应结果,揭示了船体的加速度响应、船体的应力响应、船体的速度响应3个方面的响应规律.通过和相关试验数据进行比较,表明数值结果与试验结果两者吻合良好.最后考察并给出了各层甲板在关键肋位上的点的应力和速度响应峰值.所得到船舶在水下爆炸下的响应规律,为船舶设计提供有力的依据.     

精细积分法在船舶桅杆涡激共振计算中的应用

遵循钟万勰等发展的精细时程积分方法的基本思想,对船舶桅杆结构涡激振动响应的精细积分迭代公式进行推导,建立了外激励简化为四次多项式时的精细积分递推公式,并对两种不同表达形式的外激励简化系数进行了对比分析.应用几种数值方法对某成品油轮桅杆结构的涡激振动响应进行了数值计算.讨论了不同数值方法的计算精度及计算稳定性,绘制出桅杆结构的速度时程响应曲线和位移时程响应曲线.计算结果与实测值对比表明,外激励拓展到四次多项式时的精细积分算法与传统离散积分方法Newmark-β法和精细积分线性算法相比,具有良好的适用性,计算精度更高,计算稳定性更好.     

基于CFD的内河船深浅水中操纵性预报

由于岸壁效应和浅水效应,内河船舶在限制水域作操纵运动时通常受到比在开阔水域中更大的水动力.这些水动力对船舶操纵性具有不利影响,有可能导致船舶碰撞或触底等海上事故.因此,为了在船舶设计阶段预报其操纵性能,考虑浅水效应和岸壁效应以准确计算内河船舶操纵运动水动力非常重要.本文基于CFD方法,通过对粘性绕流进行数值模拟,对长江中营运的三艘内河船舶的操纵运动水动力进行计算.首先,为了验证数值方法的可靠性,对标模KVLCC2纯横荡和纯首摇试验的水动力进行计算,并将计算结果与现有的试验数据进行对比.然后,对三艘内河船舶在不同水深下的静舵试验、纯横荡和纯首摇试验进行数值模拟,计算得到水动力及相应的线性水动力导数.最后,基于计算得到的水动力导数,获得Nomoto模型中的操纵性参数,对比分析三艘内河船舶在深浅水中的操纵性能.结果表明,本文方法可以揭示不同水深下三艘内河船舶的操纵性变化趋势.该方法可为船舶设计阶段内河船舶深浅水中的操纵性预报提供一种实用的工具.     

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。     

ＥRS中的关键处理技术

一艘船舶,一旦处于紧急状态,且该船舶的船东和船级社预先签订了船舶应急响应服务（ERS）协议,已建立稳性与结构强度有关的应急响应数据库,那么,船级社常设的岸基应急响应机构就会迅速集结,启动船舶应急响应数据库,按船东提出的要求提供包括破损稳性、破损强度、溢油等的计算分析,为协助船舶脱离危险提供技术支持,为船长／船东最终决策提供参考意见。     

广船国际获FAIRSTAR两艘半潜船合同

FAIRSTAR与广船国际签订合同，建造两艘5万吨敞式尾架半潜船，价格为每艘101888万美元。该船舶基于由Det Norske Veritas认可的设计来建造。COSCO于2008年在广船国际定造了两艘该型船舶，第一艘计划于今年12月交付，第二艘将于2011年交付。     

深水半潜式钻井平台锚泊系统技术概述

针对目前国内外海洋石油开发向深海发展的趋势,对深海半潜式平台的锚泊系统的布置方式、所采用锚泊线材料和锚设备,以及模型试验和静、动力、耦合计算的研究方法等方面的研究现状和发展趋势作了介绍,为我国今后深海油气平台锚泊技术开发的设计和研究提供参考。     

Heading control for turret-moored vessel in level ice based on Kalman filter with thrust allocation

This paper mainly focuses on the heading control of a position-moored vessel operating under level ice regime. A dynamic ice simulator interconnecting the vessel motions with the ice dynamics is used for the design of the heading control system. The strategy is to ensure that the vessel is kept at an appropriate position within the safe limits. Using a heading controller based on a Kalman filter, the desired control force is computed to counteract the environmental disturbances. A thrust allocation method is developed to go with the heading controller. To keep the ice forces to a reasonable level, the moored vessel should be aligned with the ice drift direction and small angles up to 15° in changes on heading against the ice flow could be possible. Therefore, heading control of a moored vessel exposed to level ice with drift angle 0° and 15° is simulated since the dynamic positioning system needs to resist ice yaw moments and lateral ice forces on the hull. The simulation indicates that the proposed control strategy performs satisfactorily for a moored vessel in level ice.     

同心球壳-球体系感应磁场的解析解

考虑薄壳体和非薄壳体结构的感应磁场可提高舰艇感应磁场数值建模精度,开发相应的磁场数值程序包时,磁场解析解模型是验证程序包数值准确性的有效手段。同心球壳-球体系模型是验证同时考虑薄壳体和非薄壳体感应磁场数值准确性的理想模型。基于分离变量法推导了该模型感应磁场的解析解,以积分方程法和有限元法为参照,解析解误差均在5%以内,表明了导出解析解表达式的准确性。     

Numerical and experimental investigations into the application of response conditioned waves for long-term nonlinear analyses

The coefficient of contribution method, in which the extreme response is determined by considering only the few most important sea states, is an efficient way to do nonlinear long-term load analyses. To furthermore efficiently find the nonlinear short-term probability distributions of the vessel responses in these sea states, response conditioned wave methods can be used. Several researchers have studied the accuracy of response conditioned wave methods for this purpose. However, further investigations are necessary before these can become established tools. In this paper we investigate the accuracy by comparing the short-term probability distributions obtained from random irregular waves with those from response conditioned waves. We furthermore show how response conditioned wave methods can be fitted into a long-term response analysis. The numerical and experimental investigations were performed using a container vessel with a length between perpendiculars of 281 m. Numerical simulations were done with a nonlinear hydroelastic time domain code. Experiments were carried out with a flexible model of the vessel in the towing tank at the Marine Technology Centre in Trondheim. The focus was on the probability distributions of the midship vertical hogging bending moments in the sea states contributing most to the hogging moments with a mean return period of 20 years and 10 000 years. We found that the response conditioned wave methods can very efficiently be used to accurately determine the nonlinear short-term probability distributions for rigid hulls, but either accuracy or efficiency is to a large effect lost for flexible hulls, when slamming induced whipping responses are accounted for.     

Response-based extreme value analysis of moored offshore structures due to wave, wind, and current

Floating moored offshore structures have a significant future in offshore operations as an attractive economic alternative to fixed structures in deep waters and/or in areas where there is no existing infrastructure. This paper describes an analysis procedure based on the structure variable approach to estimate load and response values of a moored offshore platform at a given return period by taking into account the joint occurrence of wave, wind, and current. The results show that the most severe mooring loads may not occur when wind, wave, and current are collinear and are at their maximum design values, i.e., the 50- or 100-year case. It is recommended that the extreme mooring design loads for moored offshore systems should be determined through a range of physical or numerical simulations where wave, wind, and current are noncollinear and act with less severe magnitudes than the 50- or 100-year case. This recommendation has also been adopted in the ITTC/Ocean Engineering Committee recommendations to the ITTC Conference held in September 1996.     

深水Spar平台在不规则波中的运动响应

南海水深一般在500m到2000m,属于深水区,Spar平台的适用水深为500m到3000m,是深水开发的经济型平台.对系泊于2000m水深的Classic spar平台在不规则波作用下的运动响应和缆索张力进行了数值模拟.首先通过频域方法得到Spar平台的波浪作用力传递函数、附加质量和辐射阻尼,然后通过快速傅立叶变换将频域结果转换到时域;基于全量的拉格朗日表述和两节点的等参索单元,应用几何非线性有限元方法和Newmark方法计算系泊缆索张力;应用四阶龙哥库塔法计算时域运动方程,得到Spar平台的运动响应和缆索张力.采用JONSWAP波能谱生成不规则波面,考虑了谱峰升高因子不同取值的影响,分析了二阶漂移力、不同缆索初张力和缆索刚度对于系泊系统的影响.     

一种计算SES船尾波(Wash wave)的数值方法

本文提出了一种无限深水中表面效应船(Surface Effect Ship,SES)尾波(Wash wave)数值方法.SES的尾波被表达成分布在气垫上的压力在静水中航行产生的兴波波浪场.在线性势流假设下,该尾波可解析地表示为积分形式,而其被积函数带有奇性并高频振荡.文中提出了一个变换,使变换后对不同的航速,SES船形(气垫形状)和所要计算的波浪场位置尾波计算中的被积函数是单调变化,因而易于数值计算.积分中的奇性也予以去除.数值计算结果表明本文提出的数值方法具有较高的计算效率而且结果与已发表的结果吻合良好.文中给出了一些SES船尾波(Wash wave)的计算结果,并进一步分析了SES尾波(Wash wave)中的局部和非局部波浪场成分.文中还尝试使用本文方法预报常规高速双体船的尾波(Wash wave),结果发现预报与水池测量结果相当吻合.     

风浪流成长全过程单点系泊FPS O运动低频响应极值研究

为了探求风浪流成长全过程对应的单点系泊FPSO低频响应极值,应用三维势流理论及非线性时域耦合分析方法,研究了单点系泊FPSO低频运动响应与风浪流入射角度之间的关系,得出了给定风浪流大小前提下最危险的入射角度,计算了风浪流载荷在发展、顶峰、消亡各不同阶段对应的船体低频运动响应极值。结果表明：单点系泊FPSO低频响应与风浪流入射角度密切相关,且响应最大值可能并不出现在有义波高、风速、流速最大的顶峰时期,而可能出现在有义波高、风速、流速较小但风浪流入射角度呈强非线性的发展或消亡阶段。因此,在研究单点系泊FPSO的低频响应极值时,必须考虑风浪流成长过程中的发展和消亡阶段。文中考虑了易被忽略的风浪流成长过程中入射角度呈强非线性的发展和衰亡阶段,为单点系泊FPSO低频响应特性的分析提供了有益参考。     

双材料中矩形裂纹问题的超奇异积分方程方法

使用超奇异积分方程方法,对双材料空间中垂直于界面的矩形裂纹Ⅰ型问题进行了研究.首先根据双材料空间的弹性力学基本解,使用边界积分方程方法,在有限部积分的意义下导出了以裂纹面位移间断为未知函数的超奇异积分方程.根据裂纹面上位移函数的分布特性,通过将位移间断函数表示为特征函数和一组多项式乘积的形式,为其建立了数值方法.数值结果表明,该方法不仅具有较好的收敛性和较高的数值计算精度,而且能够精确满足裂纹面上的边界条件.在此基础上,对不同材料组合界面对裂纹前沿应力强度因子的影响进行了分析,取得了较好的数值结果.