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。     

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。     

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。     

S形稳性曲线船舶大幅度横摇的统计特性

本文应用随机平均法,提出了用5阶多项式表示稳性曲线的非线性横摇运动的统计分布。这一表示方法可研究具有 S 型稳性曲线的船舶在随机波浪上的横摇特性。还考察了 S 形曲线对横摇随机统计特性的影响。研究结果表明,S形特性将使船舶的横摇减缓,这与直观判断是一致的。     

波浪中船舶横摇稳性的研究

本文采用瞬时湿表面变化的时域分析法。研究波浪中的船舶横摇稳性。通过对实例的分析与计算,得到小浪中船舶横摇稳性的特性,同时亦看到的船舶在波浪中的横摇恢复力居大角度横摇时表现出明显的非线性。本文给出了船舶在波浪中横摇稳性的计算方法以及波浪中稳性衡准的初步建议。     

船舶在纵浪中的运动稳性分析

基于非线性动力学理论，分析船舶在纵浪上的运动响应和运动的稳定性。首先建立描述船舶在纵浪上运动的垂荡—横摇耦合运动方程，利用多尺度法，求得垂荡—横摇耦合运动的亚谐共振解。其次，对船舶运动的稳态响应进行稳定性分析，得到亚谐共振情况下，船舶运动稳态响应的分布图，并揭示了船舶运动的某些非线性特征。     

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。     

初稳性高时变特性对横摇运动的影响分析

文章研究纵浪中船舶初稳性高的时变特性对横摇运动的影响.假设升沉和纵摇是准静力平衡,建立纵浪中船舶横摇参数激励运动方程,提出了稳性高波动项的计算方法.以一艘渔政船为例,考虑不同航速,计算非规则波中参数激励横摇运动.计算结果表明在纵浪上,当船遭遇到一系列高波,特征波长接近船长,且参数激励频率集中在2倍横摇固有频率时,船舶会发生参数激励横摇.     

船舶非线性横摇运动分析的Lyapunov特性指数法

将Lyapunov特性指数用于船舶非线性横摇运动稳定性分析,阐述了Lyapunov特性指数的计算方法.将Lyapunov特性指数作为船舶非线性运动混沌态的判据,给出了Lyapunov特性指数与船舶运动状态之间的关系,通过仿真试验验证了该算法的有效性,并进一步采用Lyapunov特性指数精确寻求船舶非线性横摇运动的阈值,分析了船舶非线性横摇运动的全局稳定性.     

纵浪上船舶的动稳性研究

在纵浪上航行的船舶，当升沉（或纵摇）固有频率约为横摇固有频率的2倍时将发生参数激励主共振。本文考虑升沉对横摇的耦合作用，建立了非线性参数激励横摇运动方程。用多尺度方法对方程进行求解，用Floquet理论和分岔理论对定常解进行稳性分析，获得了参数激励主共振下的不稳定域和可以导致船舶倾覆的多数区域，为船舶的动稳性研究提供了一种新的方法。与数值结果的比较验证了本文的结论。     

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。     

基于统一模型的船舶迎浪参数横摇数值预报及其舵减摇研究

国际海事组织（IMO）正致力于第二代完整稳性规范的制定,而参数横摇一直是船舶动态完整稳性研究的热点。文章采用考虑船舶操纵性和耐波性运动耦合的统一模型对迎浪规则波下的船舶参数横摇运动进行了时域数值模拟。在时域模型中,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。文中先应用简化三自由度模型对三艘集装箱船进行了参数横摇样船计算,并进行了初步的模型实验验证,依据结果对比分析了横摇惯性矩、初稳性高和方形系数对参数横摇的影响。基于统一模型分析了操纵性运动对参数横摇的影响,并进行了参数横摇舵减摇研究。     

横摇作用下气囊—浮筏耦合船用转子系统的非线性动力学特性

为了研究横摇作用下气囊-浮筏耦合船用转子系统的非线性动力学特性,针对船舶横摇运动对气囊-浮筏耦合船用转子系统的影响,建立了横摇与非线性油膜力共同作用下系统的动力学模型,并对动力学方程进行无量纲化处理。采用数值方法求解无量纲方程得到系统的动力学稳态响应,重点研究转子转速和横摇幅值变化对系统动力学特性的影响。研究结果表明：横摇作用下的气囊-浮筏耦合船用转子系统,随着转子转速的增加,运动状态由准周期过渡到混沌;与无横摇作用时系统相比,振动幅值明显增大,运动状态更为复杂。一般情况下横摇作用下系统的分岔与混沌特性不受横摇幅值增减的影响,但其振动幅值会随着横摇幅值的增大而以非线性的形式增大。     

初稳性高时变特性对横摇运动的影响

研究纵浪中船舶初稳性高时变特性对横摇运动的影响。假设升沉和纵摇是准静力平衡,建立纵浪中船舶横摇参数激励运动方程,提出了稳性高波动项与瞬时波浪高度及波面升高加速度之间的函数关系式,提供了稳性高波动项的计算方法。以一艘渔政船为例,在不同航速下,分别计算规则波和非规则波中船舶参数激励横摇运动。得到稳性高波动项的时间历程及功率谱,并模拟由初稳性高随机波动引起的参数激励横摇。结果表明：在船遭遇一系列高波情况下,当特征波长接近船长,且参数激励频率集中在二倍横摇固有频率时,船舶发生参数激励大幅横摇。     

风力载荷对实船参数横摇预报的影响研究

参数横摇作为一种严重危害船舶安全的现象,已被国际海事组织(IMO)列为重要的稳性失效模式开展研究。集装箱船的事故报告表明,参数横摇现象发生于相对恶劣的海况条件下,且伴随相应的气象条件。由于此时风力载荷是船舶航行过程中不可忽略的因素,因而非常有必要研究其对参数横摇运动的影响。文中基于弱非线性三自由度运动模型,通过对4艘实船参数横摇响应的计算研究,发现风力载荷对于集装箱船在规则波中的参数横摇具有重要影响,对于参数横摇起促进作用。     

船舶在波浪中非线性横摇研究的现状与发展

本文对航船在波浪中的非线性横摇运动研究的现状进行了小结,讨论了所存在的一些问题及其发展趋势。对横摇非线性问题的产生以及导致非线性的因素作了简述后,从大幅非线性横摇运动、横摇一垂荡耦合运动、横摇一纵摇耦合运动三方面,详细综述了国内外关于船舶在波浪中的非线性摇摆研究工作中采用的各类典型数学模型,以及主要成果和进展。最后讨论了船舶非线性动力学中几个有待深入研究的问题。     

用Morlet小波变换研究舰船横摇垂荡耦合特性

本文探索了用小波变换方法对舰船横摇垂荡非线性耦合动力学特性的研究.对于考虑与垂荡二次耦合的舰船横摇方程,用Morlet小波变换分析其摇摆响应动力学特性,研究分析了船舶在几种典型波浪中的状况:稳定区域中的横摇回复和稳态横摇;非稳定区域的横摇发散;以及混沌现象.研究表明,通过小波变换所特有的时频窗,对横摇响应小波变换系数的模和相等信息进行分析,可以获得船舶横摇-垂荡耦合非线性动力学幅值和频率的各种典型特征.     

关于船舶参激横摇运动的试验研究

本文给出了参激横摇运动非线性方程的频域解析解,分析了解的若干特性。相据在规则横浪中的船模试验结果,研究了参激横摇运动的稳定性、时间经历和幅频响应,还讨论了横摇阻尼、初稳心高度和波浪等因素对参激横摇运动的影响。试验结果证实了理论研究的若干结论,并表明参数共振横摇幅值的量级,与主共振横摇值的量级相当,它对船舶稳性的影响不能忽视。     

船舶参数横摇非线性力学特征数值分析

为研究船舶参数横摇发生的力学机理,文章基于计算流体力学方法,对DTMB5512船模规则波顶浪航行时的参数横摇运动进行了数值模拟。模拟结果表明:参数横摇复原力矩曲线会随横摇角增大而出现2个拐点,呈现出先增大、后减小、再增大的非线性特征;其零点、拐点及最大值点可以分别用垂荡、纵摇及船/波相对位置进行表征。文中方法实现了船舶参数横摇力学特征的数值分析,可为船舶波浪中的完整稳性评估提供新的方法。