规则纵浪中船舶参数激励横摇运动研究

考虑船舶横摇运动中恢复力矩及阻尼力矩的非线性,建立船舶在规则波浪中参数激励下的非线性横摇运动方程,并对规则纵浪中船舶参数激励横摇运动进行研究,探讨船舶发生参数激励横摇运动的条件及大幅横摇的动力学特征,分析船速、波高及波长等因素对参数激励横摇运动的影响。     

迎浪船舶的参数横摇分析

  目的  参数横摇是船舶在波浪中的特殊失稳现象,现有研究认为,波浪经过船体时稳性参数的变化是激发船体横摇的主要原因,但其力学机理并不明确。  方法  首先,基于惯性坐标下的垂荡和纵摇耦合运动方程,以及船体坐标下的横摇运动方程,建立垂荡、纵摇和横摇的混合动力学模型;然后采用所提出的摇荡耦合切片计算方法,数值计算船舶参数横摇运动,分析数值计算的横摇运动规律,并基于能量原理提出发生参数横摇的衡准。  结果  研究结果表明,船舶发生参数横摇的力学机理是,在横摇角增大过程中回复力矩系数吸收的能量小于横摇角减小过程中回复力矩释放的能量;发生参数横摇的衡准是,回复力矩系数一阶谐波分量的相位角位于[0,π]内。  结论  明确参数横摇力学机理有助于深入认识参数横摇失稳模式的物理本质,提出的参数横摇衡准对于船舶第2代完整稳性衡准的制定具有参考意义。     

船舶在随机纵浪中参数激励横摇稳定性研究

船舶在纵浪中参数激励横摇运动的稳定性对船舶的航行安全性有着重要影响.文章研究了船舶在随机纵浪中的主共振响应及系统的稳定性问题.将随机参数激励项考虑为一窄带随机过程,建立了简化的船舶在随机纵浪中参数激励横摇线性模型,用多尺度法分离了系统的快速项,求出了系统的最大Lyapunov指数和稳态概率密度,由最大Lyapunov指数得到了系统零解稳定的条件.研究表明,船舶的阻尼、随机波浪的中心频率及带宽和随机参数激励幅值等对船舶在随机纵浪中参数激励横摇稳定性有影响.     

集装箱船横摇惯性矩计算方法对参数横摇敏感性预报影响研究

迎浪条件下的参数横摇现象,作为一种重要的稳性失效模式受到了国际海事组织（IMO）的高度关注。由于横摇惯性矩对横摇固有周期的作用,使之成为参数横摇的决定性影响因素之一。本文比较了4种实船横摇惯性矩的计算方法,并采用一种三自由度弱非线性模型研究了其对参数横摇预报的影响。辐射力和绕射力的计算基于三维频域理论,时延效应采用脉冲响应函数法考虑。通过对3艘集装箱船的参数横摇敏感性分析,讨论了横摇惯性矩的不同计算方法对运动响应预报的影响,并给出了可用于第二代完整稳性参数横摇衡准的横摇惯性矩简化估算方法。     

基于三维时域混合源法的顶浪 不规则波参数横摇研究

国际海事组织(IMO)船舶设计建造分委会(SDC)第4次会议把参数横摇稳性直接评估提上议程,如何准确预报和评估不规则波中的参数横摇是亟待解决的问题。文章提出采用一种三维时域面元法进行不规则波中参数横摇的预报和评估,该方法首先采用混合源法,即在内域采用Rankine源,在外域采用瞬态的时域Green函数,该混合源法充分考虑了船体的定常和非定常运动,以及定常运动对非定常运动的影响;其次考虑了船体与不规则波浪的瞬时相对位置,沿船体瞬时湿表面进行压力积分求解Froude-Krylov力和静水力;然后通过时域求解垂荡—纵摇—横摇三自由度耦合方程计算参数横摇。文中以国际标模C11集装箱船为研究对象,研究了不同随机波浪谱下参数横摇的发生规律,进行了统计分析,并通过已有的试验结果验证了文中采用方法的有效性。结果表明,该文采用的三维时域面元法可有效用于顶浪不规则波中参数横摇的直接数值预报。     

大型集装箱船参数横摇模型试验和数值模拟研究

以4000TEU集装箱船为研究对象,通过系列自航模型试验,确定其在迎浪规则波中发生参数横摇的限界。试验结果显示：在迎浪规则波中,参数横摇通常发生在波浪遭遇周期为横摇固有周期一半的附近;对应不同遭遇频率时参数横摇的发生,存在一个临界波高;航速的增加和舭龙骨的安装将使参数横摇发生的临界波高增加;当有初始干扰时,参数横摇发生的临界波高较小。而且,数值模拟结果与模型试验结果比较吻合。     

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。     

规则纵浪中船舶参数激励横摇运动的鲁棒控制

为有效控制船舶在参数横摇运动中的失稳状态,根据规则纵浪中船舶参数横摇系统的非线性数学模型,设计了一种具有鲁棒性的非线性控制器.采用精确反馈线性化方法将纵浪中船舶参数横摇系统的非线性模型线性化,然后用闭环增益成形算法设计出非线性鲁棒控制器.在考虑不同的干扰和模型摄动情况后进行了仿真试验.仿真结果表明该控制策略对于船舶参数横摇系统十分有效,且鲁棒性能令人满意.算法的设计过程简单,物理意义明显.     

船舶非线性横摇参数激励研究

本文讨论了船舶在海浪上运动时参数激励产生的机理，建立了船舶参数激励和波浪激励非线性横摇运动方程，为研究倾覆机理奠定了基础。     

纵向规则波中参数横摇的数值模拟

基于ITTC推荐的参数横摇运动方程,采用估算方法确定方程中的阻尼系数和复原力矩系数,数值模拟出船舶在规则波中的参数横摇情况,将上述方法具体应用于一艘滚装船船模的参数横摇预报,并与试验数据进行对比,验证了所采用方法的有效性。     

挖泥船绞刀参数化三维建模

绞刀是绞吸式挖泥船的关键机具,对提高挖掘功效具有决定性作用。根据现有土壤切削理论和疏浚施工实践,分别建立了绞刀结构形状与不同类型土质的关系,绞刀切削动力特性与土质特性关系的数学模型,以及各种绞刀刀齿模型库。在VB语言环境下对三维建模软件SolidWorks进行二次开发,实现了绞刀参数化三维建模。设计者输入土质、产量或功率等参数即可得到相应的三维绞刀。这种参数化三维建模的方法使用简便、立体感强,既缩短了设计周期,又提高了设计的精度,更便于绞刀的应力分析和优化设计。     

一种新的路径积分法在船舶横摇概率计算中的应用

基于Gauss-Legendre积分规则提出了一种新的路径积分法来计算随机横浪中船舶非线性横摇运动的概率密度分布,新的路径积分法能够得出精确的瞬态概率密度分布,包括系统响应尾部区域的概率分布,其对系统的可靠性分析是十分重要的.船舶随机横摇运动微分方程考虑到阻尼力与恢复力的非线性.数值模拟了联合概率密度函数随时间的演变,分析了外部激励强度对船舶稳态概率密度分布的影响.数值模拟的结果表明新的路径积分法对研究船舶非线性横摇运动概率密度分布是十分有效的.     

大型汽车滚装船参数横摇研究

对于航行在纵向波浪中的船舶,参数横摇是横稳性中典型的不利情形。文章对参数横摇作了介绍,并对某大型汽车滚装船进行了实例分析。首先,对船舶在纵向波浪中的稳性变化进行了计算;然后,根据衡准进行验证;最后,采用数值仿真方法,研究了稳性变化、横摇阻尼、航速、航向等参数对参数横摇的影响。     

船舶三维数字化设计研究

对船舶三维设计方法及技术进行了研究,阐述了基于CATIA的船舶三维设计具体设计流程和方法,并结合3100TEU集装箱船具体实例,探讨了船舶三维设计方法和一般步骤.该研究对船舶三维设计系统的开发有一定参考价值。     

基于CFD方法的舰船顶浪运动响应幅值算子计算

基于计算流体力学(CFD)方法,给出了舰船在波浪中运动的数值模拟方法,采用边界造波法生成了精确的三维规则波浪,实现了DTMB 5512船模在2种不同波高规则波中顶浪运动时的垂荡及纵摇耦合运动数值模拟,求取了垂荡及纵摇运动的响应幅值算子,通过船模水池实验数据及势流理论方法验证了数值模拟方法的精确性.     

基于FORAN的船舶管路三维设计研究

为探索三维FORAN软件在船舶管路设计方面的应用,对管路建库、设计、出图、几何宏运用和几何宏编写等方面进行分析,探讨FORAN三维管路设计的方法和具体步骤,分析管路设计的关键技术。同时,结合标准参数,对三通旋塞的几何宏编写进行介绍。     

迎浪规则波中小水线面双体船纵向运动及波浪载荷非线性特性数值分析

基于RANS方程和VOF模型求解船体粘性兴波流场,开展了小水线面双体船(Small Waterplane Area Twin Hulls,SWATH)迎浪规则波中纵向运动及波浪载荷的非线性特性研究.通过数值计算结果与模型试验结果的对比分析,验证了文中方法的有效性;在此基础上,较为系统地分析了SWATH船的垂荡及纵摇运动响应、垂向加速度和波浪载荷的一阶及二阶量随入射波高的变化规律,指出SWATH船的运动响应及载荷与波高存在非线性的关系,尤其体现在响应共振区附近;相比于船体垂荡和纵摇运动,垂向加速度及波浪载荷的非线性特性更为显著.     

基于规范载荷的舰船设计海况等级确定方法

针对军用规范载荷难以给出舰船设计海况等级的问题,本文通过三维时域非线性水弹性理论分析了舰船在典型航速、不同海况下的波浪载荷极值与规范载荷之间的对应关系,进而提出了一种明确舰船设计海况等级的方法。以某型舰船为例,基于该方法确定了该型舰船的设计海况等级。研究成果表明：该方法可有效明确舰船规范载荷对应下的设计海况等级,在一定程度上为舰船的安全使用提供参考。     

三维CAD技术在船舶设计中的应用

信息化是当今世界制造业发展的重要战略措施,而产品数字化设计是信息化的基础和源头。现详细分析了国内外三维CAD技术的发展现状,简述了自主版权的船舶三维设计系统开发的指导思想,介绍了自主开发的三维设计系统的主要功能和特点。该船舶三维设计系统开发和推广应用的成功,打破了国外三维设计系统在我国船舶设计上的垄断,为我国造船数字化工程的发展奠定了技术基础。