码头系泊船舶系缆力及运动量数值模拟

数值模拟与物理模型试验和原型观测相比具有经济、快速的优点.基于静力平衡模型,开发了在风、流作用下系泊船舶系缆力和运动量的计算软件Qmoor.Qmoor根据船舶类型和吨位确定系泊船舶水下的迎流面积和水上的迎风面积,由经验公式计算风、流对码头前船舶的作用力.系缆力采用考虑缆绳非线性变形的Wilson公式计算,同时也考虑了护舷的变位与靠泊力之间的非线性关系,计算结果与物理模型试验结果吻合较好,与商业软件Optimoor计算结果也进行了比较,Qmoor计算更准确,功能更齐全.     

码头系泊缆绳张力的计算

系泊船舶用根缆绳系泊在码头上，缆绳张力的模型实验研究和理论计算对于缆绳的选娶，系泊设备的设计，系泊方式及预紧力的确定，以及船级社规范的制订都有着重要的指导意义。国内对码头系泊的研究相对较少，且主要依赖于模型实验，本文对系泊船舶缆绳张力的计算建立了数学模型。用蒙特卡洛算法对系泊非线性方程组进行了求解，并编制了计算程序，与实验结果相比，有较好的一致性，用此数学模型的方法求解船舶在风、浪、流联合作用下缆绳的静张力是可行的。     

预张力对码头系泊缆绳最大张力及船舶位移的影响分析

为在制定系泊方案时合理考虑缆绳张力和船舶位移优化控制,使用与MEG4原则相符的系泊计算软件,考虑预张力从0%～60%的变化范围,计算预张力、缆绳最大张力和船舶位移,分析变化趋势、极值点、拐点特征及缆绳刚度和环境载荷的变化,结果表明,存在最优的预张力值,使缆绳最大张力达到最低;船舶位移曲线存在拐点、在拐点之后船舶位移不再随预张力的增大而显著降低;最优预张力和拐点位置与缆绳刚度基本无关,但在环境载荷增大时建议增大缆绳预张力。     

系泊油轮与海上平台的碰撞力分析

考虑风、浪、流的联合作用以及平台护舷非线性恢复刚度,研究船舶系泊状态与平台的撞击力及其分布规律。针对不同的风、浪、流的作用方向以及不同的风速、波高及流速,计算波浪和海流的载荷,建立系泊船舶的分析模型,采用频域与时域分析方法,进行系泊船舶运动及其与平台之间碰撞力的仿真,得到系泊船舶与平台的碰撞力时间历程,并分析不同碰撞力发生的概率,确定发生最大碰撞力的风、浪、流方向,比较常量护舷刚度与非线性护舷刚度的计算结果。结果表明,橡胶护舷刚度的选取对于碰撞力的计算结果影响显著,选取非线性护舷刚度计算靠泊碰撞力十分必要,用目前的经验公式计算得到的碰撞力偏差较大。     

船舶操纵模拟器中的系缆张力模型

建立了可适用于六个自由度船舶操纵运动数学模型的系缆张力计算模型。缆绳的伸长满足虎克定律，利用悬链线方程和虎克定律推导出的缆绳无应力长度的计算公式，根据计算出的缆绳无应力长度和缆绳的实际长度的对应关系，用试算法计算系缆张力；否则，忽略缆绳的自重，通过由缆绳的伸长率曲线图拟合的多项式来计算系缆张力，并分别计算了缆绳的水平张力和竖直张力。进行了缆绳破断强度的计算，并对缆绳是否超出安全负荷以及是否破断进行了判断。计算实例验证了模型的正确性和实用性。     

开敞式码头系泊缆绳的优化研究

运用OPTIMOOR系泊软件,以减小环境荷载作用下船舶运动量及均衡缆绳张力分布为优化目标,结合江苏某港10万吨级石化码头,通过对比不同的缆绳材质、调整缆绳长度、调节缆绳预张力来优化开敞式码头系泊缆绳的布置。计算结果表明:增加缆绳长度可降低缆绳张力,设置尾缆能显著降低系泊钢缆的动力负荷,减少船舶的运动量;施加合理大小的预张力能有效降低船舶的位移量,均衡缆绳张力;建议大船主缆选用钢缆。     

大型船舶系泊模式设计及优化研究

通过理论设计、仿真计算及模型试验的方法,开展设有岛式上建和外飘舷台的大型特殊船舶的系泊模式设计过程及优化研究,基于对缆绳张力、船体运动等试验结果分析,最终形成风浪流环境下某特殊船型的码头系泊模式方案,大幅度降低了因依靠传统舾装数设计无法考虑波浪影响。而在实际系泊作业中带来的风险,为船舶码头系泊作业提供科学可靠的技术支撑。     

船舶系缆力数值计算模型及缆绳配置研究

根据某工程新建码头实际情况,船舶停靠该码头时受工程水域风、浪、流等工况影响及系缆过程中使用系缆墩数量的不同,则对于不同等级船舶靠泊时所需缆绳数量、直径有差别。文中就靠泊船舶的系缆力及缆绳配置进行计算分析。     

船行波对系泊船的影响因素

针对船行波对系泊船的影响因素问题,阐述船行波形成机理及重要性,基于工程实例,采用OPTIMOOR系泊分析软件对系泊船舶受到的船行波波浪力和缆绳张力进行计算,得出影响船行波对系泊船舶作用的4个因素,主要表现为:系泊船的缆绳张力随着航行船舶航速、排水量的增大而增大,随着船舶横向间距、航行水深的增大而减小。码头运营时应通过合理引航调度船舶并有效约束上述因素以保障作业安全。     

30 000 DWG散货船码头系泊模型试验研究

对30 000 DWG散货船在开场水域码头系泊开展了模型试验研究。在风浪流组合工况中,对不同系泊方式的系缆张力和船舶运动进行了分析。分析结果表明,流向和缆绳长度对系缆张力有显著影响。试验结果可为类似船舶码头安全系泊提供重要技术参考。     

波浪与系缆方式对系泊船舶响应的影响研究

系泊船舶响应的影响因素很多,且十分复杂。针对影响系泊船舶响应的主要因素（波浪和系缆方式）开展研究,通过船舶系泊物理模型试验,研究波浪条件及系缆方式对系泊船舶响应的影响规律,其中波浪条件包括不同的波向及波浪周期,系缆方式包括不同缆绳配置（有无缆尾索）和不同系缆布置方案。研究结果表明,45°斜向浪作用下系泊船舶的运动量和系缆力均明显小于横浪作用下的结果;试验波浪周期范围（T=3.5~6.0 s）内,系泊船舶的运动量和系缆力均随着波浪周期的增大而变大;从船舶系泊安全角度看,设置缆尾索是有利的;码头前后沿共同系缆布置可明显提高船舶系泊（非装卸作业时）的抗风浪流能力。     

鸭绿江口4万吨级双浮筒系泊系统设计与计算

为了在鸭绿江口设计一双浮筒系泊系统,用于4万吨级散货船的载驳作业,根据该海域的水文气象条件和船舶的有关资料及国家的有关规范,对双浮筒系泊系统所受风作用力、流作用、波浪作用力和合外力进行计算,依据计算结果对双浮筒系泊系统进行设计,确定系泊浮筒型号、锚链尺寸和长度及沉锤大小和掩埋深度,实际施工情况依照该设计方案效果良好,证明该计算和设计方法有效可行。     

系泊船舶试验中风荷载的模拟

基于大型LNG船舶系泊物理模型试验,对2种试验室风荷载模拟实现技术（风机法与挂重法）进行分析与对 比。由风压力试验结果得出“风机法模拟风荷载结果与多个常用经验公式计算结果相差不大”的结论。风浪联合作用下的 船舶系泊模型试验结果表明:单纯风工况下2种方法测得的系缆力有所差异,但叠加波浪荷载后这种差异变小且不同位置缆绳 受力分配状况也有所改善。对上述结论及其形成原因进行与探讨,为船舶系泊物理模型试验中风荷载的合理模拟提供借鉴。     

船舶台风天气带缆分析及系泊方式选择

台风是威胁船舶系泊最为严重的灾难性天气之一,船舶为了避免或减少可能带来的危害,必须采取适当的措施。文章针对不同风速及流速作用下,对系泊船舶的纵向力及艏艉部的横向受力进行分析,并对不同系泊方式的系缆力进行计算,提出系缆方式及安全措施。     

董家口港40万吨级矿船套泊作业关键要素确定

为进一步提升青岛港董家口港区矿石码头泊位通过能力、提高卸船作业效率,在当前董家口港区矿石泊位使用率居高不下以及无新增码头投建的背景下,考虑2艘40万吨级矿船在吃水受限港池进行套泊作业的高风险系数,基于船舶操纵模拟试验,仿真40万吨级矿船在不同风、浪、流工况组合条件下进行套泊作业试验,并根据试验结果确定40万吨级矿船套泊作业的关键要素。结果表明,在确定的套泊作业关键要素条件下,董家口港区可安全进行40万吨级矿船套泊作业。     

作用于船舶上风荷载及参数的理论计算

风荷载是船舶系泊的主要控制因素,因此对作用于船舶上风荷载计算研究是十分必要的。针对现行水运行业规范中关于作用于船舶上风荷载的计算公式与参数取值问题,基于风荷载的基本表达式,采用理论推演的方法,结合自然条件的更新调整,对空气密度、风压高度变化系数、地面粗糙度、船舶受风面积等参数进行分析,得出船舶风荷载的理论计算公式与参数取值建议,为规范中部分参数的修订与工程设计提供参考。     

不同泊位长度对LNG船系泊的影响

通过1∶60的整体模型试验研究了不同泊位长度对17. 2万m~3LNG船系泊的影响,分析了船舶在风浪流联合作用下的运动量和缆绳张力变化情况。研究表明:横浪、横风、落潮流条件下,泊位长度缩短,艏、艉缆力分担了部分横缆力,对均衡艏、艉缆和横缆力有利,最大缆力变小;顺浪、顺风、落潮流条件下,泊位长度变化对系缆力影响不大;斜浪、横风、落潮流条件下,船舶受斜波作用,其纵横向均分配波浪力,倒缆与横缆或艏艉缆的受力基本相当;顺风时,倒缆力会大于横缆力和艏、艉缆力。该研究为天津LNG项目推荐了合适的泊位长度,可为码头工程设计提供参考。     

巨型船舶大风浪中系泊模型试验研究

通过对一艘17．5万吨散货船的大风浪系泊模型试验，得出了在吹岸风和吹开风状态下，护舷和缆绳的受力随风浪流及风向角变化的一般规律以及不同吃水对船舶受力、系泊缆绳和护舷受力的影响，对巨型船舶的大风浪系泊有重要的参考价值。