基于AQWA的集装箱船舶装卸作业系泊响应分析*

针对集装箱船装卸作业系泊安全问题,基于三维势流理论,利用AQWA软件对系泊集装箱船进行频域水动力分析和时域耦合分析。计算不同装载状态下六自由度响应幅值算子（response amplitude operator,RAO）、时域运动及各风浪流载荷下系缆最大张力;分析不同装载状态对集装箱船六自由度RAO和运动量的影响,评估装卸作业下码头系泊安全。结果表明：1）不同装载状态对横摇运动影响最大;2）满载时集装箱船运动量大于压载工况,系泊缆负载更大。试验结果为评估船舶装卸作业时的系泊安全提供仿真分析依据,对优化码头系泊方案也具有一定的指导价值。     

CALM系泊30万吨级油轮动力响应试验研究

基于物理模型试验,对悬链式单点系泊系统动力响应进行研究,探讨了单点系泊系统在风、浪、流的联合作用下油轮的运动规律和系泊力影响因素。研究结果表明:油轮横摇运动主要做波频运动,风速和波高的增大对船舶系泊力影响显著。油轮载重也对系泊力产生较大影响。     

船舶横摇阻尼浅水效应模型试验

涉及舰艇进速时横摇阻尼浅水效应的一系列有关模型试验，进行了自由和强制横摇试验，以取得横摇阻尼系数。试验采用油船船型进行，结果显示不管船舶航速大小，随着水深的下降，横摇阻尼提高。可以认为浅水水域的横摇阻尼提高速度时，要比在深水水域的横摇阻尼提高速度时大得多，且在浅水水域横摇阻尼升力分量是从船体横向力的稳态特性估算的。横向力是在一定水深中进行的斜航拖曳试验中确定。由于船舶航速、升力分量同横摇阻尼是相当一致的，故可以得出浅水水域情况下升力分量占据船舶航速引起的横摇阻尼的主要部分。     

凿岩机在甲板驳轨道上滑移对船舶运动的影响

为了探索凿岩机在甲板驳轨道上滑移对船舶运动响应和系泊缆力的影响,以3 850 DWT甲板驳船为研究对象,应用水动力分析软件ANSYS的AQWA模块,分析凿岩机在轨道前端、中部和后端3种凿岩工况,并对比驳船运动响应和系泊缆力的差异。分析结果表明：凿岩机在船上不同位置凿岩会使驳船纵摇和横摇发生明显变化;不同油水所导致排水量的不同,对驳船横摇纵摇响应也有一定的影响,不同工况下驳船系泊缆力的变化不大。研究结果可为大型设备在甲板驳船上作业的评估、选型和应对措施提供一定的借鉴和参考。     

较大周期波浪作用下大型系泊(LNG)船舶运动响应试验研究

采用物理模型试验方法,对横向较大周期波浪作用下一艘大型系泊(LNG)船舶运动响应特性进行了研究。结果表明:系泊船舶纵移、横移和回转运动存在着自振周期;横移运动为周期性运动,横移自振周期与船舶横摇固有周期比值在1.11～1.23间,且横移运动峰值随着波浪周期的增大而增大;不同装载状态下,升沉运动随波浪周期增大的变化规律一致,升沉运动量最大值大于波高;横向波浪作用下,系泊船舶纵摇运动受波浪周期变化影响很小;横摇运动为周期性运动,横摇自振周期与船舶固有横摇周期的比值在1.23～1.48间,横摇运动峰值随波浪周期增大而增大。     

随浪中纯稳性丧失直接评估方法研究

针对国际海事组织(IMO)正在制定的船舶第二代完整稳性衡准中的纯稳性丧失直接评估衡准,文章构建了纵荡-横摇2自由度运动耦合的数学模型,进行了随浪中纯稳性丧失直接评估。该方法首先在纵荡方程中考虑了随航速变化螺旋桨推力和静水阻力,及随瞬时船—波相对位置变化的时域纵荡波浪力。其次在横摇方程中基于Froude假设采用静平衡法求解随瞬时船—波相对位置和横倾角变化的时域复原力变化,同时考虑了初始横倾、非线性横摇阻尼和横倾水动力导数的影响,构建了纵荡—横摇2自由度耦合运动方程。最后采用ONR内倾船开展了随浪规则波中纯稳性丧失试验,验证了文中提出纵荡-横摇2自由度运动耦合的数学模型的可靠性,并进一步分析了初始横倾角、纵荡和横倾水动力导数对纯稳性丧失的影响,为纯稳性丧失直接稳性评估衡准的应用奠定了基础。     

泊位长度与系缆方式对系泊船舶的影响

泊位长度与系缆方式影响系泊船舶的运动量和系缆力,泊位长度确定和系缆方式选择是大型开敞式码头设计中的一个重要课题。以17.2万m~3LNG船为研究对象,通过物理模型试验,研究风、浪、流共同作用下系泊船舶的运动量和系缆力,分析泊位长度与系缆方式对系泊船舶的影响,研究结果表明:较短的泊位长度对横向运动、缆力大小以及缆力间的均匀性有一定的改善;在横风横浪作用下,短泊位时横缆分开布置对船舶运动有较好的约束,能减小艏艉缆及倒缆的受力,而在泊位较长时,横缆应集中布置,避免横缆长度不一,较短的横缆承担较大的作用力。     

系泊船舶运动响应周期试验研究

针对国内外系泊船舶物理模型试验中所给系泊船舶运动响应周期特征参数的不同,对横向波浪作用下一艘26.6×104 m3系泊LNG船舶的运动响应周期特性进行物理模型试验研究。结果表明,半载状态下,纵移运动存在着32 s的自振周期;横移运动为周期性间歇增长运动,横移运动周期与系泊船舶固有横摇周期的比值在1.11～1.23,大体上随波浪周期增大成倍数增长;横摇运动峰值随波浪周期增大而增大,横摇运动周期与系泊船舶固有横摇周期的比值在1.23～1.48,大体上随波浪周期增大成倍数增长;不同装载状态下回转运动均存在着较长的自振周期:半载状态为30 s,满载状态为32 s。     

三维船体横摇运动数值模拟及舭龙骨阻尼特性研究（英文）

为研究舭龙骨阻尼特性及尺寸航速等因素的影响,本文基于计算流体动力学方法分别对有、无舭龙骨三维船体的自由横摇衰减运动以及强迫横摇运动进行数值模拟研究,有无舭龙骨的三维船体的横摇阻尼之差即为舭龙骨阻尼。对F_r=0.138、初始横摇角10°带舭龙骨船体的自由横摇衰减数值模拟算例作了验证与确认分析,自由横摇衰减时历曲线与实验结果吻合较好,固有周期和横摇阻尼精度较高。进一步分析研究了不同几何尺寸、初始横摇角、航速以及频率等参数对舭龙骨阻尼的影响。自由横摇衰减模拟研究中舭龙骨阻尼随着舭龙骨宽度、初始横摇角度的增大而增大;当航速为0时,舭龙骨阻尼在总阻尼占比最大,航速对舭龙骨阻尼绝对值影响较小。强迫横摇模拟研究表明:当横摇角一定,舭龙骨阻尼随着频率的增大而非线性增大,在固有频率附近,粘性效应不可忽略。     

基于PSO算法的船舶横摇阻尼与回复力矩系数估算

横摇阻尼和回复力矩的准确估算是预报船舶横摇运动的关键。论文针对横摇消灭曲线法估算横摇阻尼系数所存在的固有缺陷,提出了一种基于粒子群优化(PSO)算法,从试验得到的自由横摇衰减曲线来获取横摇阻尼和回复力矩系数的方法。该方法通过迭代调整横摇阻尼和回复力矩系数,使预报的自由横摇衰减运动时间历程与试验自由横摇衰减曲线之间的误差最小,从而实现对横摇阻尼和回复力矩系数的准确估算。     

基于能量法的船舶静水横摇试验阻尼估算方法研究

船舶横摇阻尼准确估算是正确预报波浪中横摇运动的前提。为获得船舶横摇阻尼,通常采用静水中船模自由横摇衰减试验的方法。文章基于模型试验的横摇衰减测量数据,采用能量法进行了船舶横摇阻尼系数的研究,主要研究了横摇衰减曲线拟合函数形式,横摇衰减周期截取个数对获取的横摇阻尼系数的影响。最后将采用能量法获取的横摇阻尼系数用于规则波中船舶横摇运动预报,验证了采用该方法获取的阻尼系数的适用性。     

横摇阻尼对参数横摇计算精度影响研究

船舶横摇预报准确程度很大程度上取决于横摇阻尼的计算。参数横摇作为一种非线性横摇运动,在数值预报时,横摇阻尼算法对数值结果有很大影响。基于船模自由衰减试验拟合横摇阻尼系数,用一计算船舶回复力及耦合运动的数值程序来预报参数横摇,与试验结果对比,证实了该阻尼计算方法和数值算法的可靠性;进而根据贝尔登公式、渡边公式等计算横摇阻尼,比较不同横摇阻尼计算方法的精度。计算表明,用基于试验获得的横摇阻尼系数计算参数横摇相对可靠;采用其他阻尼系数计算的横摇幅值与试验值均有一定偏差,有些甚至偏差很大。     

基于CFD技术的OC5漂浮式风机横摇阻尼

漂浮式风机受风载影响,在浪流中阻尼特性不同于常规海工结构物。以OC5项目漂浮式风机基础为对象开展了其横摇阻尼特性研究,采用RANS法、SST k-ω湍流模型和重叠网格技术,模拟了平台在静水、海流和波浪条件下的横摇自由衰减运动,并计算分析了其线性和非线性阻尼系数大小。结果表明,采用该方法得到的结果与水池试验结果基本吻合,平台横摇角度小于10°时,平台的非线性阻尼较小,线性阻尼假设的理论解可以较准确地描述平台的横摇运动;通过浪流干扰过滤发现,海流和波浪会明显增大横摇阻尼,与静水相比,衰减系数增大约1.5倍。因此,做漂浮式风机基础耐波性设计时,浪流对横摇阻尼的影响不可忽略。     

三体船横摇模型试验及其特性分析

三体船在波浪中的横摇特性和优点是三体新船型研发的技术支撑,采用模型试验和理论分析相结合的方法,对三体船横摇运动特性进行探讨。开展三体船静水横摇、正横浪零速波浪横摇模型试验,得出三体船线性、非线性阻尼假设下的横摇阻尼、频率响应和周期。通过横摇响应曲线的分析和对比,得出三体船不同侧体位置下波浪中横摇附加惯量、阻尼和运动响应、周期特性,以及侧体位置对以上各横摇特性影响的规律。研究表明：三体船横摇阻尼远大于常规单体船,而横摇运动幅值响应远小于常规单体船;侧体的横位置对三体船横摇具有显著影响,侧体纵向位置对横摇影响很小。综合考虑运动响应和横摇周期,在不规则波中三体船的横摇比常规单体船缓和得多。     

船舶横摇阻尼确定方法研究

基于势流理论仅能计算由于辐射兴波引起的阻尼,不适于计算在横摇谐摇周期附近的船体横摇运动,这是因为此种情况下横摇产生的辐射兴波阻尼力矩很小,而由于液体分离产生的黏性阻尼十分显著。准确地计算船舶横摇阻尼对船舶横摇运动的研究非常重要。应用三种方法计算C11型集装箱船的阻尼,分别是船模试验确认阻尼系数、经验公式求解以及运用CFD进行数值模拟,将三种方法求得的阻尼代入船舶横摇自由衰减运动方程,最后将数值模拟结果与模型试验结果进行了比较。     

考虑粘性的三体船非线性横摇预报研究

三体船主体与侧体之间的流动干扰以及舭龙骨等附体造成的漩涡分离,使其在波浪中运动时的横摇非线性效应更加强烈而复杂。应用CFD方法模拟某典型三体船在静水中的衰减和强迫横摇运动,得到非线性横摇阻尼并分析其变化规律。应用等效线性化原理修正并求解基于三维线性势流理论建立的横摇运动方程。研究结果与模型试验比较后得出,采用粘性流CFD方法并结合三维势流理论可较准确地预报三体船的非线性横摇阻尼和波浪中的横摇运动。     

基于CFD的船舶横摇数值模拟与粘性效应分析

[目的]船舶横摇的准确预报对于船舶耐波性、稳性以及操纵性的研究具有十分重要的意义,但船舶横摇运动受流场粘性效应的影响很大,计算中存在较多非线性因素,因而并不适于常用于研究船舶运动的传统势流理论。为解决这一问题,[方法]采用基于OpenFOAM软件开发的naoe-FOAM-SJTU求解器,分别通过欧拉方法和RANS方法对S60船模典型二维横剖面的强迫横摇进行数值模拟,同时,模拟分析DTMB 5512不同三维船模的自由与强迫横摇运动。[结果]在成功将横摇阻尼力矩的不同成分分别计算出来后发现,其中漩涡阻尼所占的比例最大,摩擦阻尼所占的比例最小,而舭龙骨在一定的横摇角度范围内则减小了横摇阻尼力矩。[结论]该结果揭示了横摇参数对船舶横摇运动及横摇阻尼力矩的影响,对准确预报船舶的横摇运动具有重要意义。     

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。     

环境参数对浮箱系泊系统水动力性能影响

环境荷载对系泊系统受力和运动响应起着关键的影响作用,有必要对影响系泊系统的关键环境参数进行深入研究,揭示环境参数对系泊系统的作用和影响机理。基于势流理论,结合大型水动力学软件AQWA,以一种简单的矩形浮箱式结构物为典型示例,根据浮箱基本参数及相关技术要求,考虑张紧式和悬链式两种不同的系泊方式,建立系泊系统动力分析计算模型。结果表明:在讨论范围内,系泊力随着流速、流向、风速等环境参数的增加而增加;对于横荡和横摇,随着流速、风速等环境参数的增加,横荡和横摇曲线呈现增加的趋势;相对而言,张紧式系泊可以更好地保持系泊系统稳定。     

软刚臂单点系泊装置对小型浮式平台性能影响研究

软刚臂单点系泊是浅水海域FPSO重要的系泊方式之一,其结构尺寸及重量较大。通常FPSO排水量较大,软刚臂单点系泊装置对其影响可忽略不计。当软刚臂单点系泊装置用于排水量较小的浮式平台时,其对浮式平台的影响不可忽略。为研究单点系泊装置对小型浮式平台性能的影响,运用AQWA软件,基于耐波性理论基础,分别计算浮式平台在单点系泊状态和顺应式系泊状态下的频响及固有周期;采用时域分析方法,分别计算浮式平台在2种系泊状态下的运动响应。计算结果表明,单点系泊装置会减小浮式平台横摇频响峰值,增大其对应的周期,对纵摇和垂荡的频响影响不大;明显增大横摇和纵摇的固有周期,略微减小垂荡的周期,增大3个运动量的阻尼;增大横摇和垂荡的平均值以及垂荡的幅值,2种系泊方式对横摇和纵摇幅值的影响与风浪流方向分布有关。