拖航系统操纵运动仿真

采用MMG分离式船舶运动数学模型以及拖缆的悬链线模型,构建了由拖船——拖缆——被拖船组成的拖航系统操纵运动模型。通过数值计算,对该系统进行了操纵运动模拟仿真。主要的仿真项目包括拖航系统改变航向和受到小扰动时的运动。在此基础上研究了影响拖航系统航行性能的诸多因素,这些因素主要有:拖缆的长度、拖航速度、被拖船的拖航点位置。针对浅水效应给予拖航系统的影响以及通过改变PD控制参数改善拖航系统航向稳定性进行的初步探讨,得到了一系列有益的结论。     

CATIA二次开发实现全垫升气垫船性能 计算结果的可视化

全垫升气垫船对质量要求严苛,使船体浮箱结构薄弱;可两栖登陆,使浮箱破舱风险大,水密分舱只能加密。通过CATIA二次开发,实现了密集水密分舱破损计算结果的可视化,便于驾驶员基于浮箱上破口尺寸与位置,快速评估对破损进水以及船姿态的影响。CATIA气垫兴波波形的三维可视化,可直观地观察波面与气垫围线的相互关系,利于求取及理解船带漂角斜航时兴波对阻力及姿态的影响。船在波浪上航行时,随波起伏引起气垫压力波动,将外界载荷传递至船体与柔性围裙,实现气垫压力动态测试结果可视化,便于对比分析压力波动空间分布变化。     

自升式平台湿拖过程中的二阶波浪力增阻分析

波浪引起的二阶平均波浪力附加阻力是自升式平台湿拖过程中总阻力的重要组成部分。基于三维势流理论分析了影响自升式平台湿拖过程中附加阻力的相关参数,包括Jonswap谱γ值、航速以及波浪要素等,进行了敏感性分析。研究结果表明:计算二阶波浪力增阻所选取的Jonswap谱γ值取3.5更为合理;二阶力增阻对波浪周期的变化较为敏感,实际拖航阻力估算只需考虑静水拖航阻力和实际海况的双重作用,可略去航速的影响;并验证了二阶波浪力增阻值与有义波高的平方成正比,提供了一种可靠的二阶力增阻估算方法。     

由推进器尾流计算确定动力艇合理牵引间距研究

针对动力艇尾流作用于被牵引船只,造成水阻力增加而使牵引效率下降的问题,提出通过数值模拟方法计算动力艇尾流场,进而确定合理的牵引间距的方法.文章应用理想推进器理论,给出了确定推进器尾流出口横截面面积和喷水流速的方法.在此基础上,通过数值模拟计算推进器尾流场的影响,并通过分析估计出给定牵引航速下的合理牵引间距.该方法可以结合动力艇的拖钩拉力与航速曲线,确定组合体可能达到的最大设计航速.     

筒型基础海洋平台拖航研究—波浪影响分析

文章以锦州9-3筒型基础系缆平台为对象,在拖航速度、筒位置以及平台吃水深度一定的条件下,通过模型试验测定了平台在不同规则波浪中拖航时的平台运动加速度、筒内气压力、筒底水压力以及拖缆力.并对试验数据进行比较分析,用于研究波浪对筒型基础平台随浪、顶浪拖航时的影响分析.试验结果表明:筒型基础平台可在渤海水域十年一遇有义波高4.5m的巨浪中拖航,在波高2m以下,航速2节以内,随浪拖航与顶浪拖航均有较高的稳性以及耐波性;顶浪拖航平台的垂荡运动要比随浪拖航时剧烈,随浪拖航平台的稳性以及耐波性要优于顶浪拖航;平台在大浪中拖航时,随浪拖航容许航速要高于顶浪拖航容许航速.     

干舷高度影响筒型基础平台拖航试验研究

文章以某筒型基础平台为研究对象,在拖航速度、筒的位置以及波浪条件一定的前提下,通过模型试验测定筒型基础平台在不同干舷高度下顺浪和逆浪拖航时在横荡、纵荡和垂荡方向上的加速度、筒内气压力和筒底水压力以及拖航中的拖缆力,通过对试验数据进行整理分析,研究不同干舷高度下筒型基础拖航的受力机理。试验结果表明,在拖航中,干舷高度的取值高于系缆点的位置和低于平台入水的自然干舷,并且必须保证有一定的水塞高度来防止筒型基础漏气引起的倾覆。对于该平台,取干舷高度为1.0m进行拖航是安全的。     

离散格式和网格数量对过渡型艇粘性阻力的影响

采用对比性数值分析方法研究高速气泡船减阻效果,针对某优良过渡型艇,为喷气需要预先进行断阶,不计自由面影响,采用有限体积法和SIMPLE算法,湍流模型为k-ε两方程,耦合求解N-S方程和连续性方程,数值分析不同离散格式、不同网格数量对艇体在不喷气状态下遭受的特性阻力影响。计算结果显示：二阶迎风格式比一阶迎风格式数值结果与试验结果符合较好;网格数量达到95万,计算结果与试验结果符合较好。     

基于NURBS表达的主船体虚拟分舱及舱容计算

在船体曲面、甲板面NURBS表达和内底内壳多面体表达,有效的平面与曲面求交算法和几何特性计算方法基础上,给出了任意形状舱室的舱容计算方法.根据围闭舱室的几何元素(舱壁、甲板、船体曲面或内底和内壳)不同,将舱室分为12种基本形状,只需要船体曲面的型值信息、舱壁位置或折点信息以及内底和内壳的折点位置信息,即可进行参数化虚拟分舱和舱容计算,避免繁琐的舱室型值信息的人工输入,减少人工工作量,提高工作效率.该方法可以计算任意液面包括任意倾斜液面下的舱容,计算结果精确,方法简洁,为船舶3D参数化设计奠定基础.     

IMO第二代完整稳性骑浪横甩衡准规范研究

本文针对国际海事组织(IMO)目前正在制定的第二代完整稳性衡准中的骑浪/横甩稳性失效模式展开了研究,详细阐述了最新的衡准草案规范并编制了计算程序。在此基础上,以一条远洋渔船为例,开展了静水阻力拖航试验,研究了规范中所涉及的输入参数对于衡准校核结果的影响,包括静水阻力、螺旋桨推力系数等。结果表明,静水阻力数据对于校核结果的影响很大,而螺旋桨推力系数等的影响则较小。本研究对于IMO确立该衡准规范具有参考价值,对于船舶设计人员也有一定的指导意义。     

高速排水型船舶兴波波形与兴波阻力的试验与数值研究

为了更好地了解高速排水型船舶的兴波特性并检验数值计算方法的可行性,对不同水深下的高速排水型船舶的兴波波形及兴波阻力进行实验及数值研究。实验中的波形测量采用五道纵切法,数值计算采用基于NURBS的广义边界元法。比较不同方法求得的兴波阻力系数,与实验结果的比较表明,数值方法及计算是可行性的。     

浸没式喷水推进自航试验及数值模拟

浸没式喷水推进器与船体高度融合,难以通过试验的方法测量推进器各部件受力,因此文中采用船模水池试验和数值模拟相结合的方法来分析浸没式喷水推进的水动力特点。该文首先开展了船模拖曳阻力试验,测量了船模阻力、纵倾角及重心升沉。然后开展船模自航试验,测量了船模纵倾角、升沉及轴的转速、力矩、推力等数据。基于CFX软件,对拖曳阻力试验及船模自航试验进行了数值模拟。在四个不同航速下的数值模拟中,阻力计算误差在3.7%以内,轴推力计算误差在2.7%以内,轴力矩计算误差在4.6%以内,试验测量值和CFD预报值吻合较好。通过数值模拟可以进一步得到浸没式喷水推进器上各部件的受力情况,泵的流量、扬程及其它流场信息,克服了浸没式喷水推进器推力测量和流场测量的困难。     

滑行艇“导风垫气”减阻试验研究

本文对“导风垫气”减小滑行艇阻力的机理和方法进行了探讨,通过对大量试验资料的分析研究,指出了影响“导风垫气”减阻的各种因素及其变化规律,选出较佳的单排扁嘴导风方案。减阻效果达15％以上。     

80000t级整体式浮船坞的拖航工程设计

该文以一艘80000t级整体式浮船坞拖航为例,从被拖物的角度对拖航工程设计的步骤及工作内容做了系统阐述;在此基础上,针对浮船坞的特点对浮船坞拖航的技术难点做了进一步的探讨。由于浮船坞的拖航阻力较大,拖力点的选取和拖力眼板的设计便成为浮船坞拖航设计的一项重要工作;鉴于浮船坞的强度校核关乎整个拖航工程的安全,该文利用有限元方法对浮船坞进行了整船有限元分析,既校核了拖航状态下的扭转强度、横向强度和局部强度,也对按规范进行的总纵强度校核做了进一步的验证。坞墙既高又窄的结构特点使得对坞吊进行就地有效封固成为一项特别困难的工作,为了节约将坞吊拆卸再安装的高额成本,对其进行了专门的绑扎设计。     

基于纵倾优化的油船节能研究

以成品油船的阻力性能为优化指标,根据船体型线图,采用CATIA及ICEM软件,建立三维模型及计算域,划分结构性网格;采用计算流体力学软件(Fluent)计算目标船在变纵倾状态和吃水下的阻力值,并与船模拖曳试验相比较,分析纵倾变化对船舶阻力性能的影响规律.结果表明:该方法可以确定船舶在不同吃水下的最优纵倾值,并为船舶的实际运营提供建议,从而提高船舶的节能减排率,为发展绿色船舶提供新方向.     

三体船型PCC风荷载的实验性研究(英文)

In recent years, demands for car transportation by a ship have been increasing with favorable economic conditions in auto sector, and the need of a pure car carrier (PCC) has grown quickly. A PCC needs huge parking space but smaller displacement since a car is comparatively light for its volume. As a result, almost all PCCs have wide breadth, shallow draft and huge structure above the water surface. These features cause some technical issues of a PCC, like lack of stability, effect of strong winds on its resistance, difficulty of course keeping in rough seas, difficulty of berthing in strong winds, and so on. To overcome these technical issues, one of the authors has proposed a new concept for a PCC. This is a trimaran PCC which has very limited transverse bulkheads in the center hull by using two side hulls as fenders. In the present research, wind forces acting on a scale model of the trimaran PCC were measured in the towing tank with a wind generator at Osaka Prefecture University. Furthermore, in order to clarify the characteristics of wind pressure on the trimaran, height and width of tunnels which are between a main hull and side hulls were changed. And then, in order to imitate a real ship, we used wind reduction technology of corner-cut design for accommodation house of the ship. Moreover, the wind pressure acting on the trimaran was compared with that on a mono-hull PCC. Using these experimental and theoretical results, an estimation method of wind pressure acting on the trimaran PCC is deduced.     

破损舰艇拖航稳度分析

破损舰艇拖航稳度是拖航安全性研究的重要方面.拖力作用、破损进水和波浪作用对破损舰艇的稳性产生较大影响.通过给出舰艇在波浪扰动情况下,舱组进水的被拖带破损舰艇稳度的计算方法,分析了各种航向航速对于稳度的影响,提出了提高破损舰艇拖航稳性措施,对于保障破损舰艇拖航安全具有一定的理论价值和实践意义.     

船舶拖航系统六自由度操纵运动仿真

研究拖航作业操纵运动对于提高拖航作业的安全性有重要意义,采用MMG分离式船舶运动数学模型,结合拖缆的悬链线张力计算模型,建立由拖轮、拖缆、被拖轮组成的拖航系统六自由度操纵运动模型,编制仿真程序,通过数值计算,对该系统操纵运动进行仿真模拟。以拖轮和导管架驳船的拖航运动为例,分析拖缆长度、拖航速度对拖航系统操纵运动及拖航航向稳定性的影响,模拟该系统在风、浪、流影响下的操纵运动,运动数据实时解算,为在视景模拟平台上进行作业预演,规避拖航作业风险提供理论指导。     

带垫层桩体复合地基工作性状参数化数值分析

为深化针对复合地基计算理论和设计方法的研究,通过建立带垫层桩体复合地基弹塑性有限元数值模型,采用基于Mohr—Coulomb破坏准则的理想弹塑性本构模型描述地基土的弹塑性本构关系,采用接触对算法描述桩-土界面非连续接触特性,采用无限单元边界模拟半空间地基特征,通过改变垫层刚度、筏板厚度和桩基刚度进行变参数化分析,探讨了复合地基体系中垫层、筏板及桩基三部分对整体受力变形特性的影响,从而更全面和深入地揭示了复合地基体系的工作性能和承载机制,更好地为工程设计与实践提供现实指导与参考。     

打桩施工对岸坡稳定性的影响

桩基施工过程中产生的超孔隙水压力是影响岸坡稳定的重要因素,结合越南某岸坡工程,运用数值方法,分析岸坡打桩施工产生的孔隙水压力的分布规律及影响范围。通过对打桩前后岸坡稳定性的计算,分析比较打桩对码头工程岸坡稳定的影响程度。     

沉管管节浮运过程中波浪附加阻力的水动力学分析

波浪引起的附加阻力是管节海上浮运过程中总阻力的重要组成。采用基于势流理论的水动力学软件AQWA计算了管节浮运过程中的波浪附加阻力。通过建立管节及附属结构的三维有限元模型,确定管节的几何、物理性质,建立湿表 面模型进行水动力学分析。对影响附加阻力的各因素,包括水深、航速、波浪谱及波浪要素等,进行了参数敏感性分析。计算结果表明,采用P-M谱的计算值较采用JONSWAP谱有所不同,附加阻力随水深增加而减小,阻力值与波浪周期及波浪入射角均有一定的关系,与波浪高度的平方成正比,且与拖航速度成正比。