Surf-riding and oscillations of a ship in quartering waves

The behavior of a ship encountering large regular waves from astern at low frequency is the object of investigation, with a parallel study of surf-riding and periodic motion paterns. First, the theoretical analysis of surf-riding is extended from purely following to quartering seas. Steady-state continuation is used to identify all possible surf-riding states for one wavelength. Examination of stability indicates the existence of stable and unstable states and predicts a new type of oscillatory surf-riding. Global analysis is also applied to determine the areas of state space which lead to surf-riding for a given ship and wave conditions. In the case of overtaking waves, the large rudder-yaw-surge oscillations of the vessel are examined, showing the mechanism and conditions responsible for loss of controllability at certain vessel headings.List of symbols c wave celerity (m/s) - C(p) roll damping moment (Ntm) - g acceleration of gravity (m/s²) - GM metacentric height (m) - H wave height (m) - I _x ,I _z roll and yaw ship moments of inertia (kg m²) - k wave number (m^–1) - K _H ,K _W ,K _R hull reaction, wave, rudder, and propeller - K _p forces in the roll direction (Ntm) - m ship mass (kg) - n propeller rate of rotation (rpm) - N _H ,N _W ,N _R hull reaction, wave, rudder, and propeller - N _P moments in the yaw direction (Ntm) - p roll angular velocity (rad/s) - r rate-of-turn (rad/s) - R(,x) restoring moment (Ntm) - Res(u) ship resistance (Nt) - t time (s) - u surge velocity (m/s) - U vessel speed (m/s) - v sway velocity (m/s) - W ship weight (Nt) - x longitudinal position of the ship measured from the wave system (m) - x _G ,z _G longitudinal and vertical center of gravity (m) - x _S longitudinal position of a ship section (S), in the ship-fixed system (m) - X _H ,X _W ,X _R hull reaction, wave, rudder, and propeller - X _P forces in the surge direction (Nt) - y transverse position of the ship, measured from the wave system (m) - Y _H ,Y _W ,Y _R hull reaction, wave, rudder, and propeller - Y _p forces in the sway direction (Nt) - z _Y vertical position of the point of action of the lateral reaction force during turn (m) - z _W vertical position of the point of action of the lateral wave force (m) Greek symbols angle of drift (rad) - rudder angle (rad) - wavelength (m) - position of the ship in the earth-fixed system (m) - water density (kg/m³) - angle of heel (rad) - heading angle (rad) - _e frequency of encounter (rad/s) Hydrodynamic coefficients K roll added mass - N _v ,N _r yaw acceleration coefficients - N _v N _r N _rr N _rrv ,N _vvr yaw velocity coefficients K. Spyrou: Ship behavior in quartering waves - X _u surge acceleration coefficient - X _u X _vr surge velocity coefficients - Y _v ,Y _r sway acceleration coefficients - Y _v ,Y _r ,Y _vv ,Y _rr ,Y _vr sway velocity coefficients European Union-nominated Fellow of the Science and Technology Agency of Japan, Visiting Researcher, National Research Institute of Fisheries Engineering of Japan     

钢管混凝土拱桥空间稳定分析

介绍了大跨度钢管混凝土拱桥空间稳定分析方法。基于有限元理论,考虑结构的几何非线性和材料非线性,建立了某中承式钢管混凝土拱桥的计算模型,运用ANSYS软件对该桥施工过程和运营阶段的稳定性进行了模拟计算,其结果为大桥的设计和施工提供了理论依据。     

用示波器对柴油机喷油系统进行故障检测与诊断

阐述利用示波器对柴油发动机喷油系统压力波形进行检测,并利用检测的压力波形对其故障进行诊断的基本原理和方法。     

钢管混凝土拱空间极限承载力高精度分析

采用考虑材料非线性的钢管混凝土拱空间极限承载力计算方法对1个X型双肋拱与1个平行双肋拱进行了空间极限承载力计算。在该方法中，对钢管混凝土拱结构采用纤维单元模型，该模型假定钢管与混凝土完全粘接，钢管对核心混凝土的套箍作用体现在以一维形式表达的核心混凝土的应力-应变关系曲线之中，针对材料非线性分析中单元内各点刚度参差不齐的特点，采用单元内设小元的方法(相当于子结构)，编制了非线性有限元程序，在该程序中，计算模型完全是基于小元层次进行的，比如单元刚度矩阵由小元刚度矩阵凝聚而成，单元节点的残余力由小元节点的残余力构成，故只需改变单元内小元个数这1个参数就可实现对结构的重新划分且极大地降低了非线性方程组的阶数，非常方便且实用。在程序计算结果得到模型试验结果验证的基础上，还对不同的横撑根数对结构空间极限承载力的影响进行了分析。     

超大跨度斜拉桥施工过程力学行为

斜拉桥结构效应在施工过程中具有典型的时空变化特性，但目前对效应的时程特性及时空包络关注较少。建立精细的几何非线性分析模型，分析主跨1088m的苏通大桥施工过程力学行为，包括施工阶段效应增量、效应时程、效应包络及恒载效应。研究结果有助于结构设计和施工控制。     

深海平台砰击载荷的数值分析

文章以深海平台为例,研究在迎浪海况的作用下,波浪对平台的砰击效应.将平台简化为大尺度,深吃水,几何形状规则的刚体,采用计算流体力学中的有限体积方法,将计算区域划分为一系列不重复的控制体积,使每个网格节点周围有一个控制体积,求解离散方程,利用流体体积理论捕捉自由表面的波形.依据三阶斯托克斯波波浪理论,利用fluent软件建立相应的数值水槽,并进行造波及消波设置,得到稳定的波浪场.采用固定平台六自由度的方法,初步地对平台所受的波浪砰击载荷进行分析计算.     

小方型系数船舶的船体波浪载荷综合研究

从船级社规范对于不符合主尺度比要求的船舶船体梁波浪载荷的规定出发,采用理论预报和船模试验2种综合方式,进行了小于0.6方型系数、高航速、高海况目标船的波浪载荷研究.从规范对波浪载荷的线性理论预报值进行的非线性修正,修正后中拱和中垂波浪弯矩绝对值之和与线性理论预报极值全幅值相等出发,阐述所研究船特殊主尺度比下的模型试验结果、三维非线性水弹性理论预报结果显示出的波浪载荷非线性行为;同时综合模型试验与理论预报的共同规律,研究不同波高、航速、浪向等非常规船型船体波浪载荷的强非线性行为,从而认为规范基于的线性理论预报值进行非线性修正的统一规定太过笼统,进而建议规范对波浪载荷的非线性修正予以进一步的明确区分和规定.     

基于能量分配的特定畸形波序列的数值模拟

文章对一个理论畸形波序列进行了数值模拟并且将数值结果与理论值做了对比.采用速度入口方法以实现波浪模拟.在造波边界处不考虑高阶波浪成分,只输入线性波浪速度.分别采用三种不同分辨率的网格进行数值模拟,以找到足够有效捕捉自由面的网格模型.考虑到快速傅里叶变换不能反映畸形波的时频特征,因而引入小波变换研究畸形波传播过程中的能量变化.最后比较了北海实测畸形波和文中理论畸形波小波变换的差异.     

迎浪规则波中小水线面双体船纵向运动及波浪载荷非线性特性数值分析

基于RANS方程和VOF模型求解船体粘性兴波流场,开展了小水线面双体船(Small Waterplane Area Twin Hulls,SWATH)迎浪规则波中纵向运动及波浪载荷的非线性特性研究.通过数值计算结果与模型试验结果的对比分析,验证了文中方法的有效性;在此基础上,较为系统地分析了SWATH船的垂荡及纵摇运动响应、垂向加速度和波浪载荷的一阶及二阶量随入射波高的变化规律,指出SWATH船的运动响应及载荷与波高存在非线性的关系,尤其体现在响应共振区附近;相比于船体垂荡和纵摇运动,垂向加速度及波浪载荷的非线性特性更为显著.     

半透空沉箱式防波堤的消波性能试验研究

提出一种新型防波堤——半透空沉箱式防波堤。在玻璃水槽中进行系列水工模型试验,量测在不同波高、周期波浪作用下,半透空沉箱防波堤前后的波浪特征参数,分析半透空沉箱防波堤对不同特征波浪的反射率,波浪周期与波浪尖锐度之关系。探讨该防波堤结构的消波原理与性能,根据试验分析结果,选出最优的透空率及内置斜坡坡度,试验结论可为开敞式港区码头的防波消波方案设计与规划提供一种新思路。