Experimental study on the nonlinear pressure acting on a high-speed vessel in regular waves

It is well known that the hydrodynamic responses of a high-speed vessel traveling in regular head waves of even moderate wave height can show significant nonlinear behavior, and so linear statistical techniques become insufficient for predicting the statistics of responses in irregular waves. On the other hand, it has been shown that an approximate third-order Volterra model is applicable to handling the statistics of some nonlinear seakeeping problems, such as motions and vertical hull girder loads. In the present study, the focus is on the nonlinear behavior of the pressure responses of the hull surface, especially on the pressures acting on alternately wet and dry areas near the waterline and on the bow zone with high deadrise angles that may be subject to slight impact and water pile-up effects. To clarify the validity of applying Volterra modeling to this problem, a series of experiments in regular and irregular head waves were carried out, and approximate third-order and fifth-order Volterra models with the proposed algorithm for finding frequency response functions (FRFs) were applied as a means of validation. In the present article, the first part of the validation was performed using experimental data in regular waves. It was confirmed that the third-order Volterra model has adequate accuracy to simulate deterministically the variation of pressure responses in regular waves of different wave steepness up to a wave amplitude to wavelength ratio of 0.01 even for the highly nonlinear pressures acting on the above-mentioned areas of the hull surface.     

T型防波堤水平板波浪冲击压强试验研究

通过规则波与T型防波堤相互作用的试验研究,揭示了T型防波堤底部所受冲击压强产生的原因。分析波浪冲击压强历时曲线、相对板宽对冲击压强沿水平板底部分布的影响,得到T型防波堤水平板冲击压强的特性以及2大影响因素:相对超高和波陡。应用因次分析的方法,推导出T型防波堤底板最大相对冲击压强计算的经验公式。结果表明,该公式计算结果与试验值吻合较好,有一定的适用性。     

水下航行器内孤立波载荷形成机理数值模拟研究

弄清水下航行器内孤立波载荷形成机理是分析内孤立波对航行性能影响和控制研究的基础和前提。采用数值模拟方法深入分析模型位于内孤立波波面上方、穿越波面、位于波面下方3种情形下,模型受内孤立波流场水动力作用和分层密度差静力作用过程,对比不同潜深时纵向力、垂向力和俯仰力矩特性差异。研究表明,穿越波面的情况下,模型所处的流体密度变化,起了决定性作用,垂向力比纵向力大一个量级;穿越波面时,艏艉浮力不平衡,俯仰力矩有极大值和极小值出现;模型始终位于波面上方或下方时,受内孤立波流场的影响,其水动力性能也产生了明显的变化。     

薄膜型LNG液舱晃荡压力与结构响应试验

影响薄膜型LNG船大型化的一个关键问题是严重的液舱晃荡冲击压力以及由此引起的复杂和危险的结构动响应,至今模型试验是研究此类问题的最重要的方法。本文以某大型LNG船尺度较大和运动较剧烈的2号液舱为研究对象,设计了精细的三维晃荡试验模型,通过不同载液水平的系列规则和不规则运动激励的晃荡试验研究晃荡冲击压力特性;基于薄膜型液舱围护系统结构性能计算结果,设计四边简支铜板格分析液舱围护系统结构弹性效应;另外,还利用浪高仪测量液舱波面运动情况。试验结果表明不论规则运动激励,还是不规则运动激励,晃荡冲击压力幅值均表现出明显的随机性,工况可能产生远大于单自由度运动工况的晃荡冲击压力。晃荡冲击压力、应力和波面测量结果可为验证晃荡数值方法和液舱围护系统结构设计提供依据。     

内孤立波环境下半潜式平台受力研究

在2层流体基本假设下,通过实验分别研究不同波浪入射角下,作用在半潜式平台立柱群和沉箱群上的内孤立波载荷特性.实验结果表明:在任意迎流角下,作用在立柱和沉箱各部分的载荷峰值均随波幅增大而线性增大,并且波的传播方向对力的峰值有显著影响.在相同波幅、相同分层比下,当来波方向与平台中纵剖面不平行时,沉箱群水平载荷峰值在迎流角为...     

江海通航顶推船铰接装置的波浪载荷模型试验研究

在不规则波中对某5000吨级的江海通航顶推船进行了两销式铰接装置的载荷模型试验.模型试验数据的无因次分析表明,在浪向角60°情况下铰接装置受力比其它浪向角时都要大,并且铰接装置受到的水平弯曲力比垂向弯曲力、轴向力大得多.推导了服从Weibull概率分布变量的短期概率极值预报公式.针对试验数据,进行了实船12小时短期概率极值预报,结果表明,在设计波高4.2m时,超越概率1%时的最大弯曲力相当于该顶推船推轮的排水量.本次试验及其数据预报的极值可供设计同类型铰接装置的江海通航顶推船时参考使用.     

不规则波作用下9桩串列群桩效应的实验研究

小尺度的群桩结构在海洋工程建筑物中应用广泛,其在波浪作用下产生的群桩效应也被国内外学者所关注,但是目前有关群桩效应的研究多限于较少桩柱。基于物理模型实验,对不规则波作用下,9桩串列群桩中各桩所受正向力、横向力进行了研究,结合对应波浪作用下孤立桩所受波浪力,分析了正向力和横向力群桩系数K_(G,1/3)、K_(GL,1/3)随相对桩距S/D和KC_(1/3)数变化的规律,并对比了群桩中各桩上群桩系数的区别。     

系泊Spar平台波浪中耦合运动的数值模拟及模型试验

为了研究恶劣环境载荷引起海洋结构物的非线性运动响应,文章基于三维时域格林函数理论,提出了采用时域物面非线性理论方法直接模拟系泊浮体时域耦合分析所需的水动力,建立了系泊浮体波浪中时域耦合运动的数学模型.该方法充分考虑了每时每刻浮体在瞬态波面下湿表面的变化,并计及平均水线面下瞬时空间位置的改变,系统研究了系泊Spar平台波浪中的耦合运动响应及系泊线张力.最后,将数值模拟结果与模型试验结果进行了比较,计算结果令人满意.     

破损进水舰船非线性横摇运动的实验研究

通过设计破损舰船非线性横摇运动实验,对不同状态下的船模进行定频率变波高和定波高变频率的横摇激振试验,探讨舰船横摇运动的水动力特性随横摇频率和横摇幅角变化规律,分析Ⅱ类和Ⅲ类进水舱对破损舰船横摇运动的水动力特性的影响。运用混沌信号识别技术分析破损舰船进水后横摇运动的混沌特性,验证数值仿真的结果,预报破损舰船在规则波中的横摇运动的幅频响应和相频响应。     

基于超高燃油喷射压力的喷雾特性试验研究与模型修正

为了研究超高压喷射条件下二次破碎喷雾模型对燃油雾化特性的影响,在AVL FIRE软件平台上对燃油喷雾过程进行数值模拟,搭建可视化喷雾闪光摄影试验台架。基于超高的燃油喷射压力对燃油的雾束发展形态进行了图像采集,利用试验结果对二次破碎喷雾模型进行修正,分析模型中主要参数对燃油雾化特性的影响。结果表明：KH波破碎时间常数 C2的减小有利于缩短喷雾贯穿距离,同时避免发生燃油撞壁现象;随着RT波波长常数C4的增大,二次破碎新生油滴的直径变大,雾化效果变差;由于首次破碎过程对二次破碎过程的制约作用,导致C4对喷雾计算结果的影响不像C2那样显著。     

多蛋形交接耐压壳屈曲特性试验与数值研究

文章研究了多蛋形交接耐压壳屈曲行为。基于壳体开孔处的变形量与完整壳体一致的设计理念,优选多蛋壳结构参数,制作多蛋壳比例模型,并对其制作误差进行了检测。此外,还进行了静水压力试验,验证真实多蛋壳破坏形式,检验环肋参数的合理性,比较了考虑真实形状和厚度的非线性有限元分析结果。结果表明:基于变形协调理念设计的多蛋壳,最终破坏远离环肋交接处,蛋形壳单元破坏形式及载荷与完整单蛋壳基本相同,试验验证了多蛋壳继承了完整蛋形壳较好的耐压特性;基于弧长法的数值计算与试验结果具有良好一致性,考虑真实形状和厚度的非线性有限元分析可用于分析预测真实壳体的屈曲特性。     

从法律上处理船舶肇事逃逸行为的难点分析

文中通过对渔船A被撞沉没后肇事船舶逃逸案件调查,分析了肇事逃逸案件的特点及原因,并提出了相关建议,旨在加强我国海上肇事逃逸追查工作。     

船坞虹吸灌水廊道驼峰断面负压特性的试验研究

在船坞灌水虹吸管的水力学试验的基础上,研究了虹吸廊道驼峰断面上的负压特性及其压强分布,驼峰断面上的负压未超出规范所允许的范围.试验结果表明,虹吸灌水廊道原型设计合理.     

波浪对穿浪双体船摇荡运动的影响

穿浪双体船作为一种新船型,逐渐在近海高速客运领域中发挥重要作用。研究穿浪双体船在不同海况条件下的摇荡运动规律具有重要意义。本文采用修正切片法计算某穿浪双体船的纵摇、垂荡以及横摇运动的幅值响应函数,并采用谱分析的方法统计计算其在不同海况条件下的摇荡运动规律,通过零航速时计算结果与试验结果的比较,验证了本文计算方法的正确性。最后,对本文计算对象在不同海况条件下的摇荡运动规律进行了分析。     

强风下有帆商船航行性能的研究

Ships which have large structures above water surface, such as pure car carriers (PCCs) and container vessels, have large speed reduction by wind pressure. In the present study, the running speed of a large PCC with two or more sails for using wind power is simulated. The simulated results demonstrate that the ship can keep a constant service speed even in winds of 20m/s except head and bow winds. This sail system can shorten annual average navigation time by about 4 hours per voyage.     

基于船模水池试验的船舶顺浪纯稳性损失计算扩展模式

船舶顺浪航行的纯稳性损失研究,已成为国际航海界和国际海事组织(IMO)关注的课题之一.在Ю.И.涅查耶夫根据28艘渔船和运输船船模水池试验的船舶顺浪纯稳性损失计算方法的基础上,提出了扩展模式,扩大了其适用范围,并给出了大长宽比(船长/船宽)舰艇纯稳性损失的算例,同时实现了该扩展模式的程序化,生成了实用化的软件.最后通过与CFD试验方法和一般理论计算法所得结果的对比,验证了该扩展模式计算结果的可信度.     

A B-spline Galerkin scheme for calculating the hydroelastic response of a very large floating structure in waves

This paper presents an effective scheme for computing the wave-induced hydroelastic response of a very large floating structure, and a validation of its usefulness. The calculation scheme developed is based on the pressure-distribution method of expressing the disturbance caused by a structure, and on the mode-expansion method for hydroelastic deflection with the superposition of orthogonal mode functions. The scheme uses bi-cubic B-spline functions to represent unknown pressures, and the Galerkin method to satisfy the body boundary conditions. Various numerical checks confirm that the computed results are extremely accurate, require relatively little computational time, and contain few unknowns, even in the region of very short wavelengths. Measurements of the vertical deflections in both head and oblique waves of relatively long wavelength are in good agreement with the computed results. Numerical examples using shorter wavelengths reveal that the hydroelastic deflection does not necessarily become negligible as the wavelength of incident waves decreases. The effects of finite water depth and incident wave angle are also discussed.     

具有淹水舱的舰船横摇运动建模探讨

舰船在风浪中横摇运动特性是影响舰船航行安全的主要因素,而当舰船由于碰撞、搁浅等意外事故造成船体破损进水后,具有淹水舱的舰船在风浪中的横摇运动将变得更加复杂,更加危险,文章系统地分析了具有淹水舱的舰船在波浪中横摇运动时船和舱内水的能量耦合作用,根据拉格朗日方程建立了具有淹水舱的舰船横摇运动两自由度微分方程,并在此基础上,用Melnikov方法对某实船破损进水后的横摇运动进行了非线性分析,验证了所建模型的实用性,为进一步分析破损进水舰船在风浪中的横摇运动特性提供了可行的数学模型.     

超空泡航行体运动过程尾部振荡流场试验研究

为了揭示超空泡航行体运动过程尾部振荡机理,文章采用试验的方法对超空泡航行体自由航行过程进行了研究。试验在水池中开展,采用高速摄影观察自由航行过程超空泡形态演化规律,采用压力传感器测量航行体表面压力,采用内测装置测量了航行体运动参数,获得了超空泡航行体运动过程空泡形态、压力和运动参数变化规律。试验结果表明,在航行体运动过程中,会出现尾部上下周期撞击空泡壁振荡现象,即为尾拍效应,表现为航行体撞击空泡壁瞬间,会形成非定常气液混合区域,相反侧则出现空泡透明区域。同时,稳定空泡内压力并非一定值,泡内压力和泡内空化数均在一定范围内波动,在尾部撞击空泡壁一侧,压力不断增大,出现压力高峰,相反侧则与稳定空泡内压力基本一致。     

Prediction of the forces acting on container carriers in muddy navigation areas using a fluidization parameter

To assess the safety of navigation in muddy areas, a comprehensive captive manoeuvring model test program was executed. Based on the results of this experimental program, a four-quadrant manoeuvring model was built with a separate set of coefficients for each combination of under-keel clearance and mud layer characteristics. The disadvantage of this model is that only conditions corresponding with the experimental ones can be simulated. A more consolidated mathematical model was needed. This was achieved with the introduction of a fluidization parameter that determines the corresponding hydrodynamically equivalent depth above a solid bottom. As a result, the under-keel clearance dependency of a given mathematical manoeuvring model can be reformulated in such way that the effect of any realistic muddy condition is included. In this article, the modelling of the hull forces, the propeller thrust and torque, and the forces acting on the rudder will be discussed.