集装箱起重机运输船风载荷计算研究

采用CCS规范方法、DNV规范方法和CFD方法对一艘运输集装箱起重机的甲板运输船的风载荷进行计算比较分析,从分析角度、风剖面形式等方面对比CFD方法和规范方法在受风构件风载荷计算上的差异.讨论了起重机构件间遮蔽效应的影响,在某些风向遮蔽效应影响复杂的情况下,规范方法的计算结果较CFD方法结果明显偏于保守.本研究可为船舶...     

不同堆垛模式下集装箱船风载荷特性研究

[目的]针对实海域风浪因素的船舶性能评估与优化技术是船舶能效设计的关键环节,而风载荷是实海域船舶风浪环境载荷的重要组成部分。对大型集装箱船而言,堆垛模式对船舶风载荷特性具有显著影响。为定量研究其影响规律,[方法]针对具有相同集装箱装载量但堆垛模式互有差异的10 000 TEU大型集装箱船模型,开展覆盖多风速、全风向角范围的系列风洞实验,并采用CFD数值计算和藤原敏文经验公式等计算方法进行交叉验证。[结果]分析结果表明,船舶横、纵向受风区域的形状参数对于风载荷特性影响显著,呈流线型或阶梯型布置的常规堆垛模式整体上风载荷特性较好,但具有多个空缺的特殊堆垛模式在艏摇力矩等方面占有一定优势。[结论]研究结果可为实际工程中的集装箱堆垛模式设计和风载荷计算评估提供技术参考。     

半潜式钻井服务支持平台随机风载荷特性研究

风载荷是海洋平台设计载荷之一,直接关系到平台稳性,确定平台在不同工况下的风荷载对于平台安全设计具有重要的工程意义.该文基于Fluent软件结合自编UDF程序,考虑Davenport、NPD以及API三种典型风谱的影响,利用简谐波叠加法将风谱由频域转换为时域内的随机脉动风速,引入雷诺平均法求解NS方程结合分离涡(DES)湍流模型对半潜式钻井服务支持平台在自存海况下的风力和风倾力矩开展了数值研究,并将数值模拟得到的最大风力及风倾力矩与ABS、DNV以及CCS的计算结果进行了对比验证.计算结果表明:平台受到的风力和风倾力矩与风谱自身特性、平台倾斜角及风向角等因素密不可分;同一工况下采用Davenport与NPD风谱计算时平台受到的平均风力(矩)较为接近;NPD风谱作用时平台受到的随机最大风力(矩)最大;采用API与NPD风谱计算时,各工况下最小风力(矩)随风向角的变化趋势、计算结果均基本一致.     

半潜式钻井服务支持平台随机风载荷特性研究（英文）

风载荷是海洋平台设计载荷之一,直接关系到平台稳性,确定平台在不同工况下的风荷载对于平台安全设计具有重要的工程意义。该文基于Fluent软件结合自编UDF程序,考虑Davenport、NPD以及API三种典型风谱的影响,利用简谐波叠加法将风谱由频域转换为时域内的随机脉动风速,引入雷诺平均法求解NS方程结合分离涡(DES)湍流模型对半潜式钻井服务支持平台在自存海况下的风力和风倾力矩开展了数值研究,并将数值模拟得到的最大风力及风倾力矩与ABS、DNV以及CCS的计算结果进行了对比验证。计算结果表明:平台受到的风力和风倾力矩与风谱自身特性、平台倾斜角及风向角等因素密不可分;同一工况下采用Davenport与NPD风谱计算时平台受到的平均风力(矩)较为接近;NPD风谱作用时平台受到的随机最大风力(矩)最大;采用API与NPD风谱计算时,各工况下最小风力(矩)随风向角的变化趋势、计算结果均基本一致。     

基于CFD的某内河游船风载荷系数计算

为获得船舶风载荷系数的准确计算方法及其在不同风向角下的分布规律,以某内河船舶为研究对象,对船舶水上结构表面风场风压进行数值模拟,得到不同风向角下的风载荷系数,将计算结果与Fujiwara和Blendermann方法对比,结果表明,k-εRealizable湍流模型在计算风载荷系数时准确度较高;随着风向角变化,船舶风载荷系数变化较大;所采用的数值计算方法及网格形式可较好预报游轮风阻力。     

船舶风倾力矩数值预报方法研究

以集装箱船为研究对象,基于CFD技术,对船舶风倾力矩预报的有关理论、计算方法和具体应用进行了探讨。计算表明应用数值计算方法可以对不同速度下的风倾力矩进行计算,但数值模拟的风速在竖直方向上是均匀分布的,这与实际风速结构有点区别,而在与规范计算的比较中也可以看出两者有一定的差距,因而可能还需借助试验来验证其精确性。     

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。     

船舶横倾姿态动态调整控制设计与仿真

针对船舶航行过程中,由于不均布载荷和随机海浪的作用导致发生不规则横倾运动的问题,通过集成横摇模型和减摇水舱控制系统,建立Matlab下的船舶浮态调整仿真模型。该模型控制系统采用PID控制算法,通过调整水舱水量保证船舶竖直的浮态位置。同时,分析不同遭遇角、波高下的海浪对船舶姿态的影响,并在该模型基础上设计了Kalman滤波器来滤除波浪干扰信号,确定船舶在不均布载荷作用下的真实横摇角度,证明Kalman滤波的实用性。通过比较仿真结果和理论计算值,确定横倾模型的正确性,同时验证该控制系统有利于提高船舶的横倾稳定性和安全性。     

船舶所受风荷载国内外规范对比分析

船舶系缆力是码头结构设计和系船柱选型的重要条件,风、流、浪为船舶系缆力主要控制因素。针对国内外码头设计规范中船舶系缆力的计算方法差异,选取了码头结构设计常用的国内外规范（中国JTS规范、西班牙ROM规范、OCIMF指南、英国BS 6349规范）对船舶所受风荷载的计算公式进行对比分析,并结合工程实例对不同风向角下的风荷载进行了计算。结果表明：1）不同规范在船舶适应范围、风速选取、船舶受风面积、风压修正系数方面存在明显差异。2）ROM计算得出的30万吨级油船的风荷载最大,JTS计算结果最小。     

基于不同国家规范的半潜式钻井服务支持平台风载荷计算及对比研究

风载荷是海洋平台设计载荷之一,对平台稳性起着至关重要的作用,同时也关系到平台结构的安全,确定平台在不同工况下的风力与风倾力矩值具有重要的工程意义.文中以半潜式钻井服务支持平台BT-3500 TSV为研究对象,采用中国船级社(CCS)、挪威船级社(DNV)和美国船级社(ABS)3种规范,对平台在4种典型工况下的风载荷进行了计算,对比了不同规范对风载荷计算结果的差异,分析和归纳了不同风向角下平台风倾力矩的变化趋势.     

基于MOSES的LNG船舶系泊运动响应分析

运用MOSES软件分析了26.6万方LNG运输船的系泊响应,计算了蝶形布置方案和一字型布置方案下不同工况的时域结果,系缆墩间距对船舶运动响应的影响,分析了船舶运动响应、单根缆绳张力、护弦撞击力。计算表明:在南向0°波浪作用下,船舶的纵摇角最大、横摇角最小。在南向90°波浪作用下,船舶的纵摇角最小,横摇角最大;护舷的受力主要受风向的影响,随着风向的变化,系缆受力的最大值变化不大,但最大值的系缆位置略有不同;在吹开风向作用时,护舷上的受力在1,500k N左右,当船舶在南向30°波浪、吹开风作用时,护舷上受力为0。     

国内外船舶风荷载计算方法对比

针对船舶风荷载计算中引用规范的范围不全、版本更新和船型应用局限等问题，选取中国、英国、美国以及OCIMF等4种现行主流行业规范进行分析研究，并以2.0万吨级杂货船为案例进行计算对比。结果表明计算结果有较大差异：对于横向分力，英美规范结果接近，中国规范明显偏大。对于纵向分力，艉向风时英国规范结果显著大于中美规范；艏向风时中英规范结果接近，均小于美国规范。建议根据适用船型、船舶数据的翔实程度、主风向角和管理要求等因素合理选用计算方法，有条件时采用数值模拟方法。     

破损船舶瘫船时的横摇运动分析

为了研究破损船舶瘫船时的横摇运动,采用Davenport风谱计算定常风和阵风的风倾力矩,采用ITTC双参数波谱计算不规则波波浪力矩,采用增加重量法计算破损进水,建立了破损船舶瘫船时的横摇运动方程。最后以一艘船舶为例,计算了船舶非对称破损、对称破损以及完整状态下的横摇运动幅值,分析了破损船舶瘫船时的横摇情况。结果表明,船舶在破损时的横摇幅值远大于完整状态下横摇幅值且非对称破损时的横摇幅值最大。     

海洋平台稳性计算分析

以自升式钻井平台和在建的FPSO项目稳性计算分析为例,从风模型的建立、风载荷计算及风向角的角度进行FPSO稳性计算,综合考虑不同规范的要求,确定平台完整稳性和破舱稳性衡准,定义开口、破损范围及渗透率等参数,并利用NAPA软件对海洋平台进行配载,计算平台在各种工况下的稳性,明确稳性计算方法的正确性。     

船舶风载荷数值模拟中流域构造方法的研究与应用

以15000 TEU集装箱船为计算对象,针对船舶风荷载数值模拟中多风向角工况下大量重复性工作问题,基于STAR-CCM+平台,提出3种计算域构造方法:移动参考系模型法(MRF)、重叠网格法(Overset Mesh)、内外域分区构造法(Subregion),实现多风向角计算模型共享,助力风载荷数值建模的完全流程化和自动...     

风力助推转子和气层结构对船体稳性的影响

以55 m中尺度试验船为研究对象,开展风力助推转子和气层结构在不同风向角下产生的转子力矩对船体稳性的影响,以及内凹式气层结构对船体稳性的影响。分析结果表明：横向来风对船体横倾影响最大,而首向来风10°左右时,转子产生的横向力矩最大;布置内凹式气层结构能提高船体稳性。该计算评估方法可为船体的稳性安全提供技术支撑,同时可以为其他船舶布置转子和气层结构提供参考。     

船舶多自由度斜航运动水动力数值研究

计及多自由度运动的船舶斜航水动力预报对船舶航行安全具有重要意义。文章通过耦合求解船舶运动方程和雷诺平均N-S方程,并采用VOF方法和高精度自由面捕捉技术对作多自由度斜航运动船舶的粘性绕流场进行数值模拟。船舶动态平衡位置根据计算出的力和力矩来决定,得到包括升沉、纵倾和横倾在内的船舶浮态。文中采用的算例与爱荷华大学进行的模型试验相同,通过比较数值计算结果和试验值验证了该方法的有效性。对船模在受约束和自由运动两种状态下的船舶运动和流场进行模拟,通过比较分析船舶升沉、纵倾和横倾的影响。文中计算获得的详细流场细节特征,包括前体和舭部的涡以及船体表面上的压力,有助于理解船舶斜航运动浮态变化的机理。     

船舶横倾若干问题探讨

当船舶的重心偏离中线面时,船舶会出现横倾角。该横倾角的存在将使复原力矩减小,稳性降低,对船舶不利。文中在原有的理论基础上将视觉平衡理论引入横倾问题的探讨中去,并提出了一些改进的方法,如一些平衡系统的控制信号的发出方法,并将这一系统与一些横倾装置相结合,从而消除横倾角。     

基于CFD方法的系泊状态FSO舵载荷计算

舵设备是船舶进行操纵的重要设备,传统舵的性能计算和结构设计多针对航行船舶开展,对系泊在位状态船舶的舵波浪载荷关注较少。采用CFD方法,针对一艘系泊在位状态下FSO(floating storage and offloading)在遭遇极端波浪时的舵载荷进行计算。首先根据FSO临界作业条件评估船体与波浪的最大遭遇角度,然后建立数值波浪水池,评估最大遭遇角状态在实际海况下的舵力矩特征。研究结果表明,在极端海况下的舵力矩会超出规范设计舵力矩,会对舵系结构安全造成威胁。本文研究成果可为同类型舵结构的设计提供参考。     

船舶多自由度斜航运动水动力数值研究（英文）

计及多自由度运动的船舶斜航水动力预报对船舶航行安全具有重要意义。文章通过耦合求解船舶运动方程和雷诺平均N-S方程,并采用VOF方法和高精度自由面捕捉技术对作多自由度斜航运动船舶的粘性绕流场进行数值模拟。船舶动态平衡位置根据计算出的力和力矩来决定,得到包括升沉、纵倾和横倾在内的船舶浮态。文中采用的算例与爱荷华大学进行的模型试验相同,通过比较数值计算结果和试验值验证了该方法的有效性。对船模在受约束和自由运动两种状态下的船舶运动和流场进行模拟,通过比较分析船舶升沉、纵倾和横倾的影响。文中计算获得的详细流场细节特征,包括前体和舭部的涡以及船体表面上的压力,有助于理解船舶斜航运动浮态变化的机理。