二维甲板上浪模型试验研究

甲板上浪属于非常复杂和强非线性的波体相互作用过程。研究甲板上浪的基本方法包括理论分析、模型试验和数值计算。本文利用浪高仪测试方法对特定实验工况捕捉甲板上浪特征参数信息,分析甲板上浪的水位高度、上浪量与浮态之间的关系。利用PIV方法捕捉了波浪沿模型首端爬行、变形、破碎的过程_[1]。获得了上浪的统计规律,有助于自由液面的非线性流体力学模型试验技术的发展,推动相应学科的进步和发展。     

甲板上浪问题的二维数值模拟

以连续性方程和N-S方程为控制方程,采用源造波理论和技术,建立了具有造波和消波功能的二维数值波浪水槽,并使用VOF方法追踪自由面来模拟二维情况下的甲板上浪问题.文中就迎浪状态下的固定FPSO和横浪状态下的运动船体断面模型所遭遇的甲板上浪现象分别进行了数值模拟研究.船体的运动规律通过势流理论计算结果给定,在上浪现象模拟计算时,船体的运动采用移动网格技术实现.研究表明,计算结果与试验结果相当吻合,该方法可以用于甲板上浪现象的预报和模拟,可以用于分析预报甲板上浪对浮体的破坏作用.     

船舶首部相对运动及甲板上浪的预报

本文以一艘高速船为研究对象,进行各种航行状态下的相对运动系列试验,并测定其在不规则波中船首甲板上浪频率。通过试验数据的分析和拟合,给出了计算船首相对运动升高系数的关系式。文章还对船首相对运动和甲板上浪进行理论计算,计算中引入了船体水线以上形状对甲板上浪的影响,预报结果与试验值吻合良好。     

甲板上浪与船舶横摇计算

本文介绍了船舶在甲板上浪后,甲板上水的运动和船横摇运动的计算方法。应用这一方法,并与切片理论相结合,可以在时域内比较真实地计算船舶在甲板上浪情况下的横摇运动。文中作为简化,仅考虑柱形船模在波浪中的横摇,但这一方法可以很容易地用切片方法计算实际的船型。     

船舶甲板上浪横摇的时域模拟

本文应用数值模拟方法,计算了一艘中型船舶在规则波及随机波中,考虑甲板上浪和不计上浪两种情况下的横摇运动。为了考察初稳心高度在计及和不计甲板上浪两种情况下的影响,考虑了三种不同的初稳心高。计算结果表明,对于横摇运动,计及上浪和不计上浪,在高波浪情况下会有较大差异,特别对具有小初稳性船的情况,甲板上浪会导致倾覆。这说明对小型船舶,甲板上浪这一因素,在船舶的安全性中是必须考虑的。     

甲板上浪2D数值模拟与试验研究

基于VOF法,采用动边界造波,对规则波中的浮体甲板上浪进行了2D数值模拟.得到了在不同倾角下甲板上浪的波形时历.基于PIV和浪高仪测试技术,在波浪水槽中对浮体在规则波中的甲板上浪进行了试验,得到了上浪水在甲板上的水位高度及波浪沿船首爬行、变形、破碎的过程.计算结果与试验结果进行了对比,验证了数值计算的可行性.     

FPSO关键管路甲板上浪与砰击载荷计算

以FPSO甲板上受波浪冲击的典型结构物为研究对象,从甲板上浪和砰击两个方面分析布置于主甲板、舷侧、船艏及艉部低艉甲板的板型和细长型结构的甲板上浪和砰击载荷计算方法。运用CAESAR II分析软件,建立泡沫、货油卸载、海水排舷外管路的应力计算模型,提出甲板上浪和砰击载荷的合理加载方式,以及对管路布置的优化方案,为类似项目管道工程设计提供依据。     

内转塔式系泊FPSO甲板上浪的时域模拟

采用时域模拟方法,对一内转塔式系泊FPSO的甲板上浪问题进行了计算和分析,给出了甲板上指定点的垂荡运动时历及甲板上浪次数统计值,为内转塔式FPSO的设计提供参考依据.     

并行计算求解运动船体上的甲板上浪问题

甲板上浪是危害海洋浮式结构物的重要因素.文章采用模型试验方法对一艘FPSO的甲板上浪现象进行了考察.结合模型试验的结果,采用大规模并行计算技术成功再现了甲板上浪这一非线性极强的物理现象,有效地克服了计算时间的限制.数值模拟中对与上浪密切相关的物理参数如水体流动,船体的运动,冲击载荷进行了记录.为了保证数值模拟的精确性,文中开展了网格试验和时间步长试验,得到了适合甲板上浪模拟的网格划分方案和时间步长.由数值模拟得到的上浪细节相当详尽,如由VOF方法进行液面捕捉得到的波浪沿船艏爬升、变形、最后冲击船艏结构物破碎的过程与试验相比很为接近.计算实践表明采用大规模并行计算是解决上浪等非线性问题的町靠的、高效的途径.     

船舶甲板上浪压力的模型试验

本文介绍一艘无舱盖集装箱船在恶劣海况中的反上浪压力试验结果，曾进行了顶浪、艏斜浪、横浪、艉斜浪和随浪等七个浪向的试验。试验结果表明：甲板上浪压力最大发生在顶浪，最大压力值近４倍的船吃水水柱高，甲板上浪次数最频繁的浪向是艏斜浪，为２６．５次／小时，横浪时上浪次数较少，而在艉斜浪和随浪状态则无甲板上浪。     

随机横浪中甲板上浪船舶的倾覆研究

应用相空间转移率,定量研究了随机海浪中甲板上浪船舶的倾覆,给出了甲板上浪对船舶抗倾覆能力的影响.综合考虑非线性阻尼、非线性恢复力矩和随机横浪激励,建立了无甲板上浪和有甲板上浪时船舶随机非线性横摇运动的一般方程.以一艘倾覆的拖网船为例,分别求解了无甲板上浪和有甲板上浪时,不同海况激励下船舶横摇的相对相空间转移率.以相空间转移率作为船舶稳性损失的度量,定量比较了两种情况下船舶的抗倾覆能力.研究表明,甲板上浪后,船舶在较低的海况下会产生较大的相对相空间转移率,甲板上浪严重降低船舶的抗倾覆能力,从理论上进一步揭示了甲板上浪船舶的倾覆机理.     

船舶上浪预报中甲板上浪的统计分析

本文从船艏和波面的垂向相对运动预报出发，从统计意义上给出表征上浪严重程度的甲板上浪的定量分析，进而为预报敞口集装箱船进水量提供依据。在止浪延续时间的分布函为九计算中了以往的计算方法。     

考虑空气卷入效应的甲板上浪数值模拟

利用大型CFD商业软件StarCCM+,针对甲板上浪试验进行三维尺度下的数值模拟,考虑空气的可压缩性,分析卷入空气泡对甲板上浪载荷的影响,结果表明,数值计算值和试验值符合较好,并且较二维尺度下的数值模拟更加精确,卷入的空气泡会影响其附近的压力场,在空气泡的前进方向前后端分别形成低压区和高压区。可压缩空气的空气垫的效应会使上浪砰击载荷得到缓和,峰值压力减小,作用时间变长。     

基于随机Melnikov方法的甲板上浪船舶混沌运动研究

应用随机Melnikov方法和庞加莱截面研究甲板上浪时船舶的混沌运动。考虑甲板上浪对船舶静稳性的影响,建立随机横浪中船舶横摇运动方程。由随机Melnikov过程结合均方准则确定船舶产生混沌运动的参数域,计算不同参数域中船舶横摇响应的庞加莱截面和时间历程。结果表明,增加船舶阻尼将抑制混沌运动的发生。甲板上浪时船舶横摇响应的庞加莱截面上有两个吸引域,船舶运动过程有两个横摇中心。在非混沌参数域中,船舶只围绕其中的一个横摇中心运动;在混沌参数域中,发生由一个横摇中心到另一个横摇中心的随机跳跃。     

水面舰艇甲板上浪后排水问题解决方案

采用舷墙遮蔽的舰船在高海情大风浪工况高速航行时,甲板上浪后在局部露天处所可能会出现部分积水难以顺利快速排出的现象。目前的舰艇设计规范对该情况并没有提出具体设计要求。搜集整理国内主要的民船和国外舰艇设计规范中对甲板上浪的主要规定和设计要求;以某船型为实例,提出了排水舷口设置方案。通过水面舰艇甲板上浪后排水问题解决方案探讨,提出舷墙遮蔽的水面舰船开设排水舷口的相关建议。     

甲板上浪时船舶在横浪中的随机跳跃

基于概率理论和非线性动力学方法研究随机横浪中甲板上浪船舶的随机跳跃.应用随机Melnikov均方准则初步划分了船舶发生随机跳跃的参数区域后,由路径积分法求解横摇运动微分方程,得到船舶横摇响应的联合概率密度函数.通过概率密度函数的形状和庞加莱截面判定船舶横摇运动的随机跳跃,并由时间历程进一步验证了结论的可靠性.研究表明,有甲板上浪时船舶横摇响应的联合概率密度函数有两个峰,船舶运动过程有两个可能的横摇状态.在非混沌参数区域中,这两个峰不相通,船舶运动只实现其中的一个状态而不发生跳跃.在混沌参数域中,当波浪激励达到一定强度时,这两个峰相通,船舶运动在这两个状态间随机跳跃,这将引发船舶的不稳定运动甚至导致倾覆.     

基于统计过程控制理论的张力腿平台有效上浪波高分析

文章以统计过程控制理论(Statistical Process Control,SPC)为基础提出了一种张力腿平台甲板有效上浪高度计算模型,针对海浪波高是随机过程这一不确定因素导致的上浪波高没有确定解的情况,分析计算了波浪谱下的张力腿平台相对运动和有效上浪波高,计算得到了有效上浪波高控制中心均值、下管制限值、上管制限值和相应发生概率。由相同波浪参数下不同波浪谱计算得到的有效上浪波高控制中心均值相同这一结论,发现波浪能量在不同谱之间的分布是相同的,说明波浪能量在时间维度、空间维度和频率维度的分布是一致的。在求解有效上浪波高控制中心均值时,提出了能更好刻画波高在波浪参数下的分布形式的面积均值法,并由此方法计算控制中心均值和上管制限值。以一型张力腿平台为例,针对波浪谱中超过某一发生概率的情况,运用统计过程控制理论和SPC控制图,计算了有效上浪波高控制中心均值、下管制限值和上管制限值,判断随机有效上浪波高是否处于统计控制状态,发现了波浪谱中的发生概率越大,随机有效上浪波高越可控这一规律。比较不同波浪入射角的有效上浪波高控制中心均值,发现了不同波浪入射角对有效上浪波高影响不大、发生概率对有效上浪波高影响较大的规律。最后基于统计过程控制理论计算得到整个有效上浪波高均值、发生概率、下管制限值和上管制限值。提出了在有效上浪波高均值和上管制限值之间结构物会受到交变载荷的作用容易疲劳损伤和腐蚀损伤的建议。结果表明该方法可以对张力腿平台有效上浪波高进行计算,并可推广应用于其它海上结构物的有效上浪波高计算。     

某船上天线所受甲板上浪载荷模型试验

本文介绍在中国船舶科学研究中心的波浪水池进行的某船上安装的球形天线上所受甲板上浪冲击载荷的船模试验。共进行了顶浪和首斜浪的４个状态的不规则波试验,给出了上浪冲击压力峰值的统计结果和典型上浪压力时历时历曲线,对测量结果进行了简要分析。     

舰载机起降对甲板作业人员的影响研究

围绕舰载机起降过程中,发动机高温高速喷流产生的强噪声、高热辐射和强气流冲击对甲板航空保障作业人员的影响问题,阐释了舰载机起降对甲板作业人员生理心理影响的涵义,梳理了涉及的研究内容和防护技术,从测试技术、分布规律、防护措施及作业标准4个方面重点分析了美海军整体研究现状、已取得的研究成果及发展趋势。在此基础上,分析了国内外差距以及开展相关研究的重难点和技术途径。     

海洋补给平台直升机甲板设施要求分析

直升机可用于海洋补给平台和物资、人员之间的运输,而选用合适的直升机型号必须在安全性、可靠性和先进性方面进行分析。同时,对海洋补给平台的直升机甲板的配置也需要结合平台使用环境和直升机起降的要求。对渤海海域海况环境、渤海海域直升机作业部门、海上直升机机型、直升机保障机型几方面进行论证,总结出直升机甲板配置,分别从直升机甲板尺寸、甲板安全性、甲板助降设施、甲板安全设施和其他保障设施方面展开论述。