随机横浪中船舶倾覆过程模拟与安全域计算

研讨了随机海浪中船舶非线性随机横摇运动倾覆过程和安全域问题.考虑非线性阻尼、非线性复原力矩和随机波浪,建立了随机横浪中船舶运动的随机非线性微分方程.考虑两参数海浪谱和不同的有义波高,计算随机波浪力矩,采用简谐加速度数值计算方法求解随机微分方程,进行了随机倾覆过程的数值模拟.考虑船舶运动的瞬时状态,发展了胞映射方法计算随机非线性横摇运动安全域的方法,并编制了计算机程序.模拟了一条渔船不同有义波高作用下横摇倾覆过程,考虑不同的初始条件及随机波浪参数,在初始值平面上采用胞映射法构造了渔船航行的安全域.波高较小时,安全域是一个连续的区域;随着有义波高增大,安全域面积减小并且不再连续,倾覆域和安全域相互包围.计算结果表明,船舶运动的瞬时状态对安全域具有重要影响,而且随机海浪中安全域具有随机特性.     

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.     

船舶倾覆研究的非线性动力学方法

本文评述了近年来国内外研究船舶倾覆的理论和方法，总结了该领域的最新进展，重点介绍了应用Melnikov函数分析船舶强非线性横摇运动及其倾覆问题，简要介绍了相空间转移率的相关概念和它的求法，并指出它与船舶倾覆的密切联系；对国外近年来最新发展起来的应用安全池及其安全池破缺来预测船舶倾覆研究的新思想亦做了探讨，并指出今后船舶倾覆研究的发展趋势及其前景。     

船舶在随机横浪中的奇异倾覆机理

本文应用非线性随机动力系统理论,从系统稳定性的角度来分析船舶在随机横浪上的运动稳定性,籍此来研究随机海浪中船舶奇异倾覆的机理.本文的研究发现随机动力系统的全局分岔是导致系统失稳并导致船舶倾覆的一种途径.基于这一思路借助随机Melnikov方法,通过求取相流函数零点得到了船舶运动全局稳定性丧失时海浪条件的阈值,从而可以对船舶的抗倾覆能力作出定量的考察.     

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.     

大开口型船舶在不规则波中的波浪导矩预报分析

综述了现有船舶波浪扭矩的计算分析方法，用ＳＴＦ切片理论方法计算了大开口船舶波浪扭矩的传递函数。根据不同波谱理论模型对规则波中的扭矩作了统计预报，讨论了小姐浪扭矩予报对波谱的敏感性。研究结果表明，波浪扭矩对波谱谱型的依赖程度相当大；特征波浪周期对统计值的影响比有义波高在；对相同有义波高，ＰＭ谱相应的预报值比ＩＴＴＣ二参数谱的结果更偏于保守。     

船舶在波浪中航行时的安全操纵

船舶在波浪中航行,纯稳性丧失、参数激振和横甩是造成船舶倾覆的主要原因。针对波长与船长、波高与波长、波与船的波舷角三者对船舶稳性的影响进行讨论,揭示了船舶在波浪中航行时的稳性变化规律,提出了应合理地选择船舶的航行姿态、谨慎用舵等操船建议,保证船舶的航行安全。     

基于高阶谱方法的非线性聚焦波下船体运动的模拟

为了研究入射波浪的非线性对船舶运动的影响,提出了一种新的描述船体运动的非线性时域混杂方法。将高阶谱(HOS)方法引入船舶时域运动计算模型中,用来模拟非线性入射波浪场,在瞬时湿表面上实时积分,求得船舶遭遇波浪时的非线性入射波浪力和非线性回复力,在弱散射假定下建立非线性波浪中船舶的运动方程。当HOS中摄动阶数为1时,船体运动模拟结果与规则波下试验的RAO结果对比良好,验证了改进后的时域模型的可行性和有效性。当HOS中摄动阶数为3时,非线性波浪场演化结果与聚焦波的试验数据对比,验证了入射波模型的正确性。分析了非线性入射波浪间的相互作用,并以Wigley Ⅲ为对象,计算分析不同波幅的聚焦波下船体时域运动响应,进一步考察波浪的高阶非线性对船舶受力和运动的影响。研究表明,非线性波浪的相互作用对波浪的频率分布、聚焦结果以及入射波浪场的压强分布有显著的影响,对船体的入射波浪力以及垂荡运动的影响最为显著,非线性的影响随着聚焦波幅的增大而变大。     

基于弱非线性耦合数值模型的渔船骑浪横甩界限探究

骑浪横甩是船舶在波浪中失稳模态之一,其具有较强的非线性且多发生于速度较快的小型船舶上,对其发生界限的研究对于船舶设计与安全运营均具有一定实际意义。论文中提出一种考虑船舶操纵性和耐波性运动耦合的六自由度弱非线性统一模型,对一艘ITTC ship A2渔船尾随浪下的骑浪横甩运动进行时域数值模拟。时域模型中,六自由度耐波性运动辐射绕射力采用切片理论计算,并由脉冲响应函数法转化到时域。非线性回复力和入射波力采用瞬时湿表面压力积分方法计算。操纵性运动基于MMG模型,依据统一理论将操纵性与耐波性运动进行耦合计算。文中应用此模型,对不同航速、波高和GM值下渔船在尾随浪中的运动进行时域模拟。通过分析,将结果分类为周期运动、骑浪横甩造成的倾覆、波浪中失稳造成的倾覆等运动模态,并进一步对各模态间发生的界限进行了探究。     

基于Melnikov方法的船舶骑浪临界值预报研究

目前,国际海事组织(IMO)正在制定第二代完整稳性衡准横甩薄弱性衡准。横甩是船舶在波浪中三种典型倾覆现象之一,在横甩薄弱性衡准计算中,准确求解骑浪临界值是至关重要的。首先构造纵荡系统的Melnikov函数,其次求解Melnikov函数的一阶零点来确定系统的骑浪临界值。最后根据波浪中骑浪临界值的变化,计算分析横甩薄弱性衡准,为IMO横甩薄弱性衡准的制定提供技术支撑。     

船舶参数激励和强迫激励作用下的非线性运动响应

本文应用非线性动力学理论，考虑船舶参数激励和横向强迫激励，研究了船舶的1/2亚谐共振运动。得到了横摇运动失稳条件，提出了横摇运动失稳及船舶倾覆的参数域。     

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.     

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。     

基于一个二维修正水弹性方法的集装箱船体梁动态前极限强度评估研究

海上极端波因其巨大的波高常常导致船体的极限破坏。该文提出了一个二维的修正水弹性方法来研究一个集装箱船船体梁在极端波中的动态前极限强度。传统的极限强度评估基于准静态方法,没有动态效应被考虑。而船体在波浪下的动态结构响应是基于水弹性方法,传统的水弹性方法并不能计算船体梁的动态非线性强度。该二维修正的水弹性方法考虑时域波浪和非线性船体梁之间的耦合,将水弹性方法和Smith方法结合,用Smith方法计算船体梁的刚度,而其刚度与船体梁的强度和变形曲率有关。所以该时域的非线性刚度被用于修改水弹性方法里的常数项的结构梁刚度。几组极端波模型被用以产生船体梁的大变形和非线性动态垂向弯矩。文中分别采用修正水弹性方法和普通水弹性方法,通过改变四个重要的极端波参数如极端波最大波高、规则波的波高、波速和波长等来研究其对船体梁船中处的大变形转角和非线性垂向弯矩的影响,通过采用修正的水弹性方法计算得来的结果与水弹性方法计算得来的结果相比较,得到了一些差异和结论。     

船舶内共振动力学行为的研究

本文考虑船舶横摇与纵摇的非线性耦合运动，采用摄动分析及数值计算方法，研究了船舶存在内共振时的非线性动力学行为。研究表明，船舶非线性运动的重要特征是响应不对称、调幅调相及饱和等现象，为揭示船舶在高海情下的倾覆机理奠定了基础。     

三船并排首尾锚泊时港内允许波高的试验研究

目前我国渔港港内锚地允许波高是参照国外规定根据经验确定的,国内缺乏相应研究。以212 k W(275 HP)拖网渔船为代表船型进行三船并排首尾锚泊的物理模型试验,研究不规则波作用下并排渔船的锚泊力及运动量的情况,同时与单船锚泊时的结果进行对比。结果表明:三船并排锚泊时内侧非直接受浪作用的渔船,其拉力和横摇角度均大于最外侧直接受浪作用的渔船;当港内波高较大且周期也较大时,三船并排锚泊比单船锚泊安全性更高些;在本次试验范围内,三船并排首尾双锚锚泊时的允许有效波高比单船允许的波高要偏大,建议取为0.9 m。     

Investigation of ship waves in a narrow channel

This paper presents a discussion of the characteristics of ship waves in a narrow channel restricted by vertical walls, based on observed data and the results computed by a 2-D model. In the numerical model, the propagation of waves generated by a moving ship is simulated by solving 2-D depth-integrated Boussinesq equations. To get the boundary conditions at the location of the ship, the slender-ship approximation is employed. A field observation was carried out at a straight length of navigation channel. The ships targeted in the observations are two kinds of waterbuses with lengths of 28 and 24 m. The relative depth Froude number for the river current, an appropriate parameter for assessing the influence of the current on ship wave characteristics in a navigation channel, ranged from 0.47 to 0.76. The observed maximum wave height varied between 0.13 and 1.26 m. The maximum wave height of the wave train is sharply increased when the relative depth Froude number exceeds 0.6. The results computed by the present model agree fairly well with the observed data.