规则波浪中舰船纯稳性丧失计算研究北大核心CSCD

[目的]波浪中纯稳性丧失是第二代舰船完整稳性中稳性薄弱性的衡准之一。针对波浪中大倾斜角稳性计算发散问题,[方法]以静水面坐标系为基准,定义了广义纵倾角和广义吃水变量,推导出物理含义清晰的波面方程。在Froude-Krylov假定条件下,结合AutoCAD二维图形面域计算技术和VBA编程方法,提出了规则波浪中舰船纯稳性丧失的计算方法。针对一艘具有阶梯式甲板的舰船,计算了规则波浪中舰船复原力臂曲线,证明大横倾状态具有一致收敛性。[结果]计算得到了规则波浪中稳性变化规律:纵向波浪中,波面高于甲板或低于船底导致有效水线面消失是稳性降低的主要原因;斜浪和正横浪中,波面相对船体横剖面倾斜引起的不对称性,是稳性大幅度降低的主要原因。[结论]计算收敛一致性表明,基于广义纵倾角定义的计算方法可成为评估舰船波浪中纯稳性丧失的有效手段。     

船舶纯稳性丧失薄弱性衡准计算研究

国际海事组织(IMO)第二代完整稳性衡准工作组正在制定纯稳性丧失薄弱性衡准。在最近的SDC1会议上提出了新的衡准草案,并在会议期间进行了新的补充。论文首先分析了最新草案中纯稳性丧失的衡准方法;其次选取不同的船型在不同的工况下进行计算分析,研究了目前衡准值的可行性,为IMO船舶纯稳性丧失衡准的制定提供技术支撑。     

船舶纯稳性丧失薄弱性衡准样船计算分析

纯稳性丧失是目前国际海事组织IMO正在组织制定的第二代完整稳性衡准五大失效模式之一。基于IMO SDC 1/INF.8纯稳性丧失薄弱性衡准草案,开发了纯稳性丧失薄弱性衡准第一层、第二层意大利方法和第二层日本方法计算程序。通过对C11船的薄弱性衡准计算,验证了程序的正确性,并对13艘船舶共39种载况进行样船计算,对纯稳性丧失第一层薄弱性衡准和第二层薄弱性衡准的一致性进行了分析,为纯稳性丧失薄弱性衡准的制定提供依据。     

风浪中舰船稳性计算

提出了考虑突风度影响的舰船风倾力矩模型,以及基于舰船静、动稳性曲线,考虑了力臂修正量的舰船风浪中横浪及随浪稳性计算模型,并通过计算和动态仿真,验证了算法的有效性,可用于风浪中舰船稳性的安全评估。     

规则波浪中舰船摇荡耦合切片计算方法

[目的]切片理论方法在舰船耐波性设计中有着广泛的工程应用,该方法是针对切片平均位置来计算水动力,本质上缺少船体垂荡、纵摇与横摇的运动耦合性。为有效耦合船体垂荡、纵摇与横摇的运动,[方法]基于广义纵倾角和广义吃水增量的参数,以及船体坐标系下瞬时波面方程的解析表达式,以满足波面处压力为零的条件修正波面下压力分布的计算公式(史密斯效应);基于波面方程和压力分布修正公式,给出瞬时波面下船体切片的静水力与傅汝德—克雷洛夫波浪扰动力之和的计算方法,惯性水动力和阻尼力则采用经验公式估算。建立船体垂荡、纵摇与横摇耦合的时变系数动力学方程,采用AutoCAD图形面域技术开发计算软件,数值计算规则波浪中舰船的耦合摇荡运动。[结果]数值计算结果表明,大波高时横摇幅频曲线呈现出较为显著的因摇荡耦合导致的非线性效应,同时在横摇共振区内有明显的波浪传播方向的横摇偏摇现象。[结论]所得计算方法对于舰船高海况下的耐波性预报将产生积极的作用,计算软件可以作为耐波性设计选型的评估手段。     

规则波浪中舰船不规则摇荡运动计算分析

采用舰船波浪中操纵性基本方法建立操纵与摇荡耦合动力学方程,简化后得到摇荡耦合动力学方程.针对文献资料进行了舰船规则斜浪中航向保持运动模拟,结果显示,规则波浪中操纵与摇荡耦合运动响应出现不规则摇荡运动现象,而摇荡耦合运动响应则不出现不规则摇荡运动现象.通过对遭遇频率的频谱分析,得到规则波浪中操纵与摇荡耦合运动的不规则响应...     

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。     

随浪中纯稳性丧失直接评估方法研究

  目的  由纯稳性丧失引发的船舶倾覆是国际海事组织（IMO）针对船舶第二代完整稳性的重点研究问题之一。  方法  基于黏性流理论建立CFD数值模拟方法,结合动态重叠网格技术与操纵运动反馈控制模块,对带螺旋桨、带舵的自航船舶在艉斜浪下保持航向操纵运动进行数值模拟,预报纯稳性丧失下船舶的六自由度运动,并对船舶的失稳运动及倾覆特性进行直接评估。  结果  结果显示,船舶在持续的稳性丧失情况下会产生大幅度的横摇运动,最终会因横摇角过大而导致倾覆现象的发生;在稳性丧失的状态下,船舶艏摇角显著增大,说明船舶在该状态下依靠操舵已无法有效控制船舶航向,会导致较为明显的横甩现象。  结论  所做研究表明,采用CFD方法模拟船舶失稳运动与倾覆现象准确性较高,研究成果对于研究船舶第二代完整稳性衡准具有一定的参考意义,可为纯稳性丧失的直接稳性评估方法研究提供支撑。     

随浪规则波中ONR内倾船纯稳性丧失黏流模拟方法研究

纯稳性丧失作为5种典型的船舶在波浪中运动失稳的模式之一，是波峰位于船舯时复原力显著减小而导致船舶大幅横摇甚至倾覆的运动失稳现象。论文采用STAR-CCM+商业软件，模拟全附体ONR内倾船在随浪下的纯稳性丧失现象。数值模拟中采用重叠网格技术实现船-桨-舵耦合的多体运动求解，通过速度边界条件进行造波，采用欧拉叠加模型进行消波，考虑了实船螺旋桨的旋转因素，对舵进行自动控制来实现航向的稳定。模拟了ONR内倾船在不同航速下发生纯稳性丧失导致大幅横摇甚至倾覆的过程，并与试验结果进行了对比，最大横摇幅值的计算值与试验值趋势一致。分析了在不同航速下舭龙骨、桨、舵等附体力和力矩的变化。论文建立的CFD数值模拟方法，为更加细致地分析波浪中纯稳性丧失的运动现象提供了技术支撑，为后续势流方法中的螺旋桨、舵等附体力学模型的改进提供了参考。     

纯稳性丧失衡准实船分析研究

随着第二代完整稳性衡准的制定,作为一种独特的波浪中稳性问题,纯稳性丧失衡准即将在未来几年内作为建议性要求被国际海事组织(IMO)颁布执行并应用于实船设计。而当理论研究成果向实际工程应用转化时,有必要进行大量适用性研究以便勘验、提高该方法的鲁棒性。论文介绍了基于经验公式的Level 1衡准和基于分析波浪中考虑物面非线性影响GZ曲线特征的Level 2衡准方法,通过分别采用这两种方法针对不同类型38条实船的数值预报研究,分析了不同船型、尺度和装载工况的实船设计对于纯稳性丧失衡准的敏感性。在此基础上介绍了适用Level 2衡准的两种进水角计算方法,通过对比分析了两种进水角计算方法对于敏感性预报结果的影响及其适用性。根据以上研究,对IMO现有衡准方案存在的问题提出了若干改进建议。     

纯稳性丧失和瘫船稳性薄弱性衡准实船验证分析

国际海事组织(IMO)正在制定第二代完整稳性衡准,并计划于2019年开始强制实施.该稳性衡准涵盖了5种稳性失效模式:参数横摇、纯稳性丧失、过度加速度、瘫船稳性和骑浪/横甩.衡准评估由薄弱性衡准和稳性直接评估组成.本文采用实际运营的4艘油船和3艘渔政船对最新草案中纯稳性丧失和瘫船稳性的薄弱性衡准进行了计算,分析了第一层和第二层薄弱性衡准的一致性,为纯稳性丧失和瘫船稳性薄弱性衡准的制定提供参考.     

二代稳性衡准纯稳性丧失直接评估方法研究(二)

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,本文提出了纵荡-横荡-横摇-首摇4自由度运动耦合的标准数学模型,进行了纯稳性丧失直接评估.该方法首先基于MMG操纵性标准方法,构建纵荡-横荡-横摇-首摇4自由度运动方程,同时考虑了舵控制方程,其次在纵荡、横荡、横摇、首摇方程右边考虑时域波浪力/力矩,且横摇方程右边进一步考虑了粘性横摇阻尼力矩和波浪中复原力臂变化.最后采用ONR内倾船进行了尾斜浪中纯稳性丧失直接数值计算,为纯稳性丧失直接稳性评估衡准的应用奠定了基础.     

水面舰船波浪弯矩计算方法研究

我国现行《舰船通用规范》适用于设计水线长不超过160m的水面舰船,当设计水线长在160～200m时,规范规定参照执行。随着舰船的尺度逐渐加大,波浪载荷的计算问题更加复杂。比较了4种规范的波浪载荷计算公式,并应用线性切片理论,采用短期和长期预报的方法,计算大尺度舰船的垂向波浪诱导弯矩值。因此,对于一定范围内的大尺度水面舰船,采用"通用规范"所得波浪载荷值计算船体强度还有一定安全性,并可运用多种计算方法合理选取波浪弯矩值。     

风浪中舰船横浪及随浪稳性计算

此文从便于驾驶员使用的角度出发,考虑船舶在非规则波浪中摇荡,就最典型的情况——横浪,提出了可供航海实用而又有一定精度的船舶风浪中稳性算法。针对随浪,采用Grim等效波高的思想,借鉴一些研究成果,给出了非规则波中随浪稳性计算公式和可供实用的程序。     

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。     

舰船在波浪中优选航向航速的计算

舰船在波浪中航行时,波浪引起的横摇、纵摇、升沉、甲板淹湿、砰击等因素会影响舰船完成其任务甚至危及航行安全。因而在大风浪中航行时,为了进行正常作业或为了航行安全常常需要调整航向航速。为了及时选择最佳的航向航速,本文提出的方法是:根据在原航向上测得的纵摇与横摇的数据估计出当时的海浪谱参数,根据该浪谱参数预报改用其它航向航速后船的纵摇、横摇、升沉的幅值及甲板淹湿、砰击的概率,在此基础上选出航向航速的可行范围及最佳值。本文提出的所有计算均由计算机自动完成,从而使在波浪中调整航向航速的决策方法由传统的依靠驾驶员的经验估计变为用计算机自动进行定量分析。     

船舶波浪稳性研究现状分析

阐述国内外波浪中船舶稳性研究的最新进展,探讨波浪中完整稳性的几种失效模式的研究状况和发展方向,其中包括复原力变化导致的参数横摇、纯稳性丧失、瘫船稳性,以及和波浪中操纵性有关的横甩。总结波浪中影响破损船舶安全的三大因素(进水过程,船舶运动以及进舱水和船体之间相互作用)的研究方法和最新成果,为今后动稳性的研究指明了方向。     

基于动稳性衡准的舰船稳性预报研究

应用随机稳性理论,研究建立舰船稳性监测的数学模型.通过实时数值分析和自适应识别技术处理舰船横摇运动的水动力系数,提出舰船动稳性衡准指标,进行舰船在风浪中稳性的实时计算及预报研究.通过算例,说明应用随机风浪中航行舰船的动稳性预报方法,可以估算舰船的稳性储备和安全性能.     

基于动稳性衡准的舰船稳性预报研究

应用随机稳性理论，研究建立舰船稳性监测的数学模型。通过实时数值分析和自适应识别技术处理舰船横摇运动的水动力系数，提出舰船动稳性衡准指标，进行舰船在风浪中稳性的实时计算及预报研究。通过算例，说明应用随机风浪中航行舰船的动稳性预报方法，可以估算舰船的稳性储备和安全性能。