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.     

波浪影响下船舶横摇运动的时间序列预测数学建模研究

在波浪的影响下,常规的船舶横摇运动时,没有建立横摇运动的模型,降低了预测的精度,不能有效地减小船舶的横摇,存在船舶耐波性较差的问题。当前方法进行船舶横摇运动的建模时,不能减小船舶的横摇,降低了船舶的耐波性。提出一种基于时间序列预测的船舶横摇运动数学建模研究方法。该方法建立波浪扰动船舶横摇运动模型,依据随机的过程理论,求出空间上某固定点波浪倾角的数学模型,依据横摇运动模型得出横摇运动的数据。对船舶横摇运动进行时间序列预测克服了传统方法存在的弊端,运用时间序列的分析方法建立AR模型,应用于船舶横摇运动的时间序列的预测,减小船舶的横摇性,提高了船舶的耐波性,完成对波浪影响下船舶横摇运动的时间序列预测数学建模的研究。实验的结果表明,利用该方法能有效地减小船舶的横摇,提高船舶的耐波性。     

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。     

不规则波中船舶参数横摇的概率分析

从概率的角度探讨不规则波中船舶参数横摇的特性。参数横摇伴随着船舶大角度横摇,不仅会降低船舶舒适性,而且当横摇角过大时还会造成集装箱的破坏与落水,带来经济损失。在不规则波中,船舶初稳性高是随波浪而随机变化,参数横摇呈现出非线性和随机性,因而增加了对这一问题的研究难度。采用数值模拟,从概率的角度探讨船舶在不规则随机纵浪中的参数横摇,用频率分布直方图分析不规则波中横摇角的频率分布,并分析横摇角概率分布受运动方程初值的影响。结果表明:不规则波中参数横摇的数值模拟结果会受运动方程初值的影响,不同的运动方程初值会导致不同的概率分析结果,可以选取合适的时间段,以减小初值的影响。     

基于CFD分析的船舶横摇运动统计特征

船舶大幅度横摇的准确预报一直是船舶工程界关注的热点研究方向之一。基于CFD软件Fluent对船舶横摇问题进行了数值模拟研究,建立了船体自由横摇运动的有限体积模型。通过对一系列船体于静水中作不同初始横摇角的自由横摇运动进行数值模拟,分析得出船体横摇非线性过程中横摇角幅值存在一定的统计规律,并提出基于此统计规律对船体的大幅横摇运动进行数值预报的方法。     

随机斜浪中船舶参数——强迫激励横摇运动计算

研究船舶随机斜浪中大幅参数激励非线性横摇运动的计算方法。将船舶稳性高度GM作为时域变化的随机参数激励，波浪力为随机强迫激励项，建立船舶在随机斜浪航行情况的参—强激励横摇运动微分方程。参数激励项的求解考虑了船体型线、纵摇、升沉及波浪运动对稳性高度变化的影响。分别取不同波高、航速、航向，计算出随机斜浪中船舶的时域横摇运动响应。计算结果表明，此方法可以用于计算随机斜浪中船舶的参—强激励横摇运动，据此分析随机斜浪对船舶横摇和倾覆的重要影响。     

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.     

基于HHT的船舶非线性横摇运动响应特性研究

针对航行于海上船舶的横摇运动具有非线性非平稳的特点,探索采用希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang Transform,简称HHT)方法研究船舶在波浪中的非线性横摇运动的响应特性,对几种不同海况下的船舶的典型运动响应,首先通过经验模态分解提取典型横摇响应信号的固有模态函数(Intrinsic Mode Function,简称IMF),再对分解得到的IMF分量进行Hilbert变换,求得典型横摇响应信号的Hilbert谱,通过分析所得谱图的特征,获得船舶非线性横摇运动响应的动力学特性。仿真结果表明,HHT方法在分析船舶非线性横摇运动的动力学特性研究中具有可行性和有效性,从而为船舶运动分析研究提供了一个新的方法。     

随机海况下的非线性船舶横摇和倾覆

本文考虑波浪的随机性和船舶恢复力矩及阻尼的非线性，提出了船舶在随机海浪上航行时的横摇运动方程，根据非线性随机动力学的理论和方法，提出了时域横摇非线性随机运动计算方法，研究了横摇的非线性和随机动力学行为，并对实船在不同有义波高下的动力响应进行了计算，算例表明本文提出的方法是可行的。     

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。     

随机斜浪中船舶参数-强迫激励横摇运动计算

研究船舶随机斜浪中大幅参数激励非线性横摇运动的计算方法.将船舶稳性高度GM作为时域变化的随机参数激励,波浪力为随机强迫激励项,建立船舶在随机斜浪航行情况的参-强激励横摇运动微分方程.参数激励项的求解考虑了船体型线、纵摇、升沉及波浪运动对稳性高度变化的影响.分别取不同波高、航速、航向,计算出随机斜浪中船舶的时域横摇运动响应.计算结果表明,此方法可以用于计算随机斜浪中船舶的参-强激励横摇运动,据此分析随机斜浪对船舶横摇和倾覆的重要影响.     

随机风浪中舰船横摇倾覆概率分析

以路径积分法为基础,采用Gauss-Legendre公式探讨了随机风浪作用下舰船的运动及其倾覆概率计算。考虑阻尼力矩、复原力矩的非线性及风浪的随机性,建立了随机风浪中舰船运动的非线性微分方程,应用路径积分法给出白噪声随机扰动和定常风倾力矩作用时横摇角概率密度函数随时间的演变,按照现有的倾覆准则给出舰船倾覆概率的表达式。通过算例,验证了路径积分法的准确性,分析了各个参数对横摇角概率密度的影响,计算得出了不同风速、不同航速下的倾覆概率,以及倾覆概率随时间的变化。研究表明,此方法简便可行,并能在数量上预报舰船在随机风浪下的倾覆概率。     

基于渐进法的船舶横摇非线性阻尼系数识别

阻尼对于海浪中船舶的横摇运动响应预报至关重要。本文基于渐进法,利用自由横摇衰减数据,提出了一种适用于船舶大幅横摇运动的非线性阻尼系数识别方法。非线性阻尼选用线性加二阶模型,非线性回复力矩可以是任意形式的奇函数。通过数值方法模拟生成自由横摇衰减曲线,采用本文方法识别阻尼系数,验证方法的有效性。开展不同横摇角幅值下的参数研究,将不同船舶横摇方程的阻尼系数识别结果与其他方法的估算结果进行对比分析,验证了本文方法的高精度。最后,将本文方法应用于船舶自由横摇衰减实测数据,识别其非线性阻尼系数,数值模拟结果与试验数据一致性较好。研究表明该方法精度高,易操作,适用于大角度横摇和强非线性回复力矩条件下非线性阻尼系数的识别。     

基于CFD的船舶横摇数值模拟与粘性效应分析

[目的]船舶横摇的准确预报对于船舶耐波性、稳性以及操纵性的研究具有十分重要的意义,但船舶横摇运动受流场粘性效应的影响很大,计算中存在较多非线性因素,因而并不适于常用于研究船舶运动的传统势流理论。为解决这一问题,[方法]采用基于OpenFOAM软件开发的naoe-FOAM-SJTU求解器,分别通过欧拉方法和RANS方法对S60船模典型二维横剖面的强迫横摇进行数值模拟,同时,模拟分析DTMB 5512不同三维船模的自由与强迫横摇运动。[结果]在成功将横摇阻尼力矩的不同成分分别计算出来后发现,其中漩涡阻尼所占的比例最大,摩擦阻尼所占的比例最小,而舭龙骨在一定的横摇角度范围内则减小了横摇阻尼力矩。[结论]该结果揭示了横摇参数对船舶横摇运动及横摇阻尼力矩的影响,对准确预报船舶的横摇运动具有重要意义。     

矩函数在船舶非线性横摇稳定性判别中的应用

本文应用矩函数法分析船舶在随机横浪中的非线性横摇运动，以及用Ｈｅｒｍｉｔｅ矩闭合法来闭合矩微分方程组，求得随机横摇运动获得平稳时的响应统计矩与外扰力的关系。应用小扰动理论和Ｌｉａｐｕｎｏｖ方法对船舶的初始状态下的局部稳定性进行研究，探讨与外扰动相关的统计矩的稳定性区域和在船舶设计及船舶航行时外部扰动与船型参数应满足的相互关系。     

卡尔曼滤波技术在船舶横摇预测中的应用研究

船舶在海上的航行受到海洋气象和水文条件的影响,会产生垂荡、横摇和纵摇等多种形式的运动,这些复杂运动对舰船航行稳定性和船载精密设备的工作精度有不利影响。因此,对船舶的横摇、纵摇等运动进行短时预测具有重要意义。本文系统介绍卡尔曼滤波技术,并利用滤波技术和随机海浪数学模型,研究一种船舶横摇运动的预测方法。     

船舶参数横摇数值计算与力学机理分析

[目的]参数横摇是船舶在波浪中的特殊失稳现象,现有研究认为,波浪经过船体时稳性参数的变化是激发船体横摇的主要原因,但其力学机理并不明确。[方法]首先,基于惯性坐标下的垂荡和纵摇耦合运动方程,以及船体坐标下的横摇运动方程,建立垂荡、纵摇和横摇的混合动力学模型;然后采用所提出的摇荡耦合切片计算方法,数值计算船舶参数横摇运动,分析数值计算的横摇运动规律,并基于能量原理提出发生参数横摇的衡准。[结果]研究结果表明,船舶发生参数横摇的力学机理是,在横摇角增大过程中回复力矩系数吸收的能量小于横摇角减小过程中回复力矩释放的能量;发生参数横摇的衡准是,回复力矩系数一阶谐波分量的相位角位于[0,π]内。[结论]明确参数横摇力学机理有助于深入认识参数横摇失稳模式的物理本质,提出的参数横摇衡准对于船舶第2代完整稳性衡准的制定具有参考意义。     

较大周期波浪作用下大型系泊(LNG)船舶运动响应试验研究

采用物理模型试验方法,对横向较大周期波浪作用下一艘大型系泊(LNG)船舶运动响应特性进行了研究。结果表明:系泊船舶纵移、横移和回转运动存在着自振周期;横移运动为周期性运动,横移自振周期与船舶横摇固有周期比值在1.11～1.23间,且横移运动峰值随着波浪周期的增大而增大;不同装载状态下,升沉运动随波浪周期增大的变化规律一致,升沉运动量最大值大于波高;横向波浪作用下,系泊船舶纵摇运动受波浪周期变化影响很小;横摇运动为周期性运动,横摇自振周期与船舶固有横摇周期的比值在1.23～1.48间,横摇运动峰值随波浪周期增大而增大。     

静水中破损液舱摇荡特性试验

载液船舶破损后涉及液舱进水、泄漏、晃荡等复杂水动力耦合运动问题。通过液舱破损模型试验,对其静水中的自由横摇衰减运动进行分析,研究了不同初始横倾角、不同载液率对横摇、垂荡以及舱壁压力的影响以及运动响应与压力之间的关系。通过试验发现：浅水工况（12.5%载液率）下,液舱的运动响应最为剧烈;破口一侧下沉的扰动会造成更大运动响应以及舱壁砰击压力;舱壁砰击压力的相位与液舱横摇运动相位几乎一致。     

船舶在波浪中的横摇运动及其稳性

本文在静水稳性概念基础上,根据船舶在波浪中的运动和横摇运动方程的分析,用多尺度法求解横摇运动响应,确定横摇响应的稳定性条件,探讨了规则波对 GZ 曲线、初稳性和最大横摇角等稳性要素的影响,并提出了衡量船舶在波浪中稳性的几点建议,最后给出一个实船算例。