船舶横摇的安全池研究

运用安全池理论计算船舶稳性，安全池在一定条件下将发生破损，此时船舶极易倾覆。以Melnikov方法导出安全池破损的条件，以某型船舶为例，计算了该船舶安全池破损的阈值，对五个海况进行了安全性校核，并与现行规范采用的极限载荷法进行了比较，通过数值仿真绘制了各参数条件下的安全池。     

船舶倾覆研究的非线性动力学方法

本文评述了近年来国内外研究船舶倾覆的理论和方法，总结了该领域的最新进展，重点介绍了应用Melnikov函数分析船舶强非线性横摇运动及其倾覆问题，简要介绍了相空间转移率的相关概念和它的求法，并指出它与船舶倾覆的密切联系；对国外近年来最新发展起来的应用安全池及其安全池破缺来预测船舶倾覆研究的新思想亦做了探讨，并指出今后船舶倾覆研究的发展趋势及其前景。     

横向规则波作用下的船舶倾覆

运用安全池理论研究了某近海干货船在横向规则波作用下的船舶倾覆问题.用阿当姆斯预估-校正法数值求解时域内单自由度非线性横摇方程.采用三维格林积分方程法计算水动力系数的频域特性.分析了非线性横摇方程中势流阻尼、非线性阻尼以及在横向规则波作用下波高和频率对安全池的影响.     

横风横浪中破损船舶瘫船稳性倾覆概率研究

为了评估船首破损以后的倾覆概率,基于完整船舶瘫船稳性研究,尝试将破损船舶时域进水过程和倾覆概率计算结合。用Monte Carlo方法数值模拟某船破损以后的倾覆概率,采用四阶Runge-kutta方法求解横摇运动方程,研究不同载况下的倾覆概率和稳性高度变化。计算结果表明:相比完整船舶,破损船舶的短期和长期倾覆概率都增大;而在进水过程中,破损船舶的倾覆概率先减小后增大,到进水终了时刻达到最大。研究成果可望为破损船舶瘫船状态下的倾覆机理和波浪中破舱稳性衡准的制定提供技术支持。     

风暴中船舶安全池破损问题

选用实际在航货船船型,运用理论和模型试验相结合的方法确定非线性横摇运动方程各系数,研究了随机波浪和随机风中船舶安全池的破损问题.引入定量分析方法,考虑扰动波谱(例如ITTC谱)对安全池破损的影响以及脉动风速谱的作用,进一步揭示了安全池破损的内在机理及影响因素.本文认为,计算安全池时应选择合适的扰动波谱,风速脉动特性的影响是不能忽略的.     

风帆助航船非线性横摇倾覆概率研究

风帆助航技术为船舶利用可再生能源提供了途径,但随着横摇的幅度加大,导致船舶倾覆的概率也增大。文章采用数值分析的方法对风帆助航船舶的非线性横摇方程进行分析求解,对有风帆助航与无风帆助航船在风浪作用下产生倾覆的概率作了比较,为采用风帆助航技术的远洋船舶在符合初稳性和气象衡准稳性条件下的横摇倾覆防范提供研究思路。     

随机波浪作用下船舶倾覆前持续时间的研究

本文建议采用在随机波作用下船舶保持不倾覆状态所能持续的时间作为表征船舶稳性的指标。由于波浪外载荷随机性的特性 ,这一持续时间是一个随机变量 ,和某一概率相联系。本文运用马尔科夫过程理论和首次通过的概念研究确定这一持续时间和相应的概率。并将理论计算的结果与模型试验的结果进行了比较 ,两者之间有较好的吻合。     

水下爆炸及随机外力下破损舰船的倾覆概率分析

探讨了水下爆炸载荷和随机风浪联合作用下破损舰船的运动及其倾覆概率的计算.将爆炸载荷作用及平均风扰动力矩处理为定常横倾力矩,建立了爆炸载荷和随机风浪中舰船运动的非线性微分方程.结合扩维技巧,将横摇方程转化为五维Ito随机微分方程,应用Gauss-Legendre路径积分法给出随机扰动为白噪声时横摇角度的概率密度函数随时间的演变,按照现有的倾覆准则给出预报一定装药量下舰船倾覆概率的表达式.通过算例,计算了破损舰船不同装药量下不同时刻的倾覆概率,分析不同装药量对倾覆概率的影响.研究表明,此方法简便可行,并能在数量上预报破损舰船在水下爆炸及随机风浪下的倾覆概率,为进一步研究舰船倾覆及稳性横准提供有益的参考.     

干扰力作用下船舶航行动力学特性数学建模研究

船舶航行过程中受到的干扰载荷主要包括风载荷、波浪力、抛锚外载荷等。为了提高船舶航行安全性,本文对船舶在外界干扰载荷作用下的动力学特性进行深入研究,基于拉格朗日动力学理论建立船舶在干扰载荷作用下的航行动力学模型。基于Matlab软件与船舶航行动力学模型,计算得出船舶航行动力学响应。结果表明:本文建立的动力学模型能够有效预测船舶动力学响应,可为工程设计提供参考。     

船舶非线性动力学分析方法及工程应用

海洋环境作用下的船舶运动和稳性,是一个完整的非线性动力系统。在考虑海洋环境对船舶作用载荷的非线性和船舶运动固有的非线性响应特性方面,我国进行了大量研究工作,取得一系列创新的理论成果和应用成果。该文总结了基于非线性动力学理论开展船舶非线性运动响应和稳性的研究方法,揭示了船舶运动失稳、大幅运动响应直至倾覆全过程的非线性动力特性。重点介绍了规则波和不规则波中船舶参数横摇、骑浪/横甩等现象的非线性分析方法及主要研究结论。该文给出的非线性动力学方法与耐波性理论相结合的方法,为船舶运动和稳性研究提供了新的途径和方法。     

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.     

基于船舶艉轴—油膜—艉部结构系统的碰撞载荷响应研究

船舶轴系的抗碰撞能力直接影响着其动力传递的稳定性,船舶的大尺度效应对碰撞载荷作用强度的影响也不容忽视。为此,建立基于艉轴—油膜—艉部结构系统的力学模型,研究艉轴在碰撞载荷作用下的平均冲击力、冲击振幅、轴心轨迹等参数的变化规律,分析由碰撞载荷和转速确定的轴系安全运行区域。结果表明:在不同转速区域,碰撞载荷的作用强度随载荷大小而变化的规律不同;在作用强度值一定的条件下,转速和载荷可拟合成相关曲线图谱,可以此对轴系承受碰撞载荷的能力进行快速评估。     

高强度冲击性载荷对船舶侧面结构稳定性影响分析

船舶冲击事故会导致严重的人员伤亡和生态环境污染,为了提高船舶在高强度冲击载荷作用下的安全性,本文结合有限元分析方法对冲击载荷作用下的船舶侧面强度与稳定性进行了一系列研究,有助于优化船舶侧面结构的设计,提高船舶在冲击事故中的可靠性。     

多工况应力下船舶多载荷作用下连续体结构拓扑优化

在多载荷作用下,为使船舶连续体结构的拓扑算子与工况应力条件保持统一变化趋势,提出多工况应力下的新型船舶连续体结构拓扑优化方法。受限选取适宜的船舶载荷变量,再根据连续体结构的单元密度过滤条件,设置多载荷拓扑空洞值,最后在计算船舶连续体结构刚度的基础上,对整体优化流程进行完善,完成多工况应力下船舶多载荷作用下连续体结构拓扑优化方法的搭建。对比实验结果表明,在多载荷作用下,应用新型优化方法后,船舶连续体拓扑结构与工况应力条件间的最大影响参量可达1.24,远超理想最大影响参量0.66,使船舶连续体结构的拓扑算子与工况应力条件达到高度统一状态。     

船舶稳性研究的现状及展望

综述了近年来船舶完整稳性及破舱稳性的研究概况，包括在恶劣海况下的船舶倾覆模式，以及船舶倾覆的模型试验方法和数值计算模型。还简述了船舶稳性实时监控装置研制概况，并提出今后船舶稳性研究工作的建议。     

基于CFD的某内河游船风载荷系数计算

为获得船舶风载荷系数的准确计算方法及其在不同风向角下的分布规律,以某内河船舶为研究对象,对船舶水上结构表面风场风压进行数值模拟,得到不同风向角下的风载荷系数,将计算结果与Fujiwara和Blendermann方法对比,结果表明,k-εRealizable湍流模型在计算风载荷系数时准确度较高;随着风向角变化,船舶风载荷系数变化较大;所采用的数值计算方法及网格形式可较好预报游轮风阻力。     

客船自动应急抗倾覆装置研究

针对客轮倾覆事件,以船舶原理、力学等学科知识为理论基础,采用姿态传感器、气囊及其发生装置等部件设计一种客船抗倾覆应急安全气囊装置。该气囊装置能在船舶发生倾斜、严重撞击等恶劣情况下,及时启动并提供抗倾力矩,减缓或阻止船体的倾覆。本文详细阐述了该装置的组成、作用、工作原理及自动控制系统。该装置属船舶特种辅助机械,当船舶出现倾覆危险时,它能自动迅速地投入工作,在紧急情况下保证船舶安全,使船舶具有抗倾覆性。该装置具有结构简单、灵敏度高、安装使用方便、气囊叠放不占舱容和不影响适航性等特点。     

镍矿运输船沉没机理的数值模拟分析

近几年来,多条装运红土镍矿的船舶在南中国海倾覆沉没,引起业界的震惊。红土镍矿是一种非常特殊的矿物质,在运输过程中,如果船舶遭遇风浪,或船舶本身长时间的振动,都会导致该矿石的表面液化。液化后的混合液体具有较强粘性,可以形成自由液面。但由于现存的用于计算船舶自由液面的方法不适合于具有较大粘性的液体,因而无法解释运输该种货物船舶倾覆沉没的原因。所以,该文采用数学建模的方法,对运输红土镍矿的船舶进行了模拟计算。得出的结论是当流体的惯性力大于流体的粘性剪力时,粘性流体对船舶的作用力矩随时间的变化总趋势是逐渐增大。当流体产生的横向惯性力远大于流体的剪切阻力时,流体将会挣脱剪切阻力的束缚,迅速滑向船舶的一侧,使船舶的横稳性迅速消失,最终导致船舶很快倾覆沉没。     

不同扶正方案下的破损舱段强度有限元分析

水面倾覆船舶的扶正打捞是一项非常复杂的海上作业。面对突发的紧急情况,如何在较短的时间内制定出高效安全的打捞方案是提升我国打捞作业能力的关键。本文以一艘破损油船为对象,根据船舶参数及破损情况设计三种不同的打捞扶正方案,计算出各方案下的船舶浮态与载荷,施加到ABAQUS软件建立的舱段结构有限元模型上,从而对三种不同方案下的船舶舱段强度进行对比分析。计算分析结果可为破损船舶扶正时强度评估提供有效依据,对该类船舶打捞扶正方案的设计也具有指导意义。     

水下爆炸载荷和随机风浪联合作用下破损舰船的运动及其倾覆概率计算

针对当前在水下爆炸载荷和随机风浪联合作用下,破损舰船运动及其倾覆概率的计算结果误差较大的问题,对其进行研究。分析爆炸冲击波传播速度对战斗状态舰船的影响,推导出战斗状态下舰船横摇幅度加剧程度,得到水下爆炸载荷的倾侧力矩,并研究稳定航行中舰船的航速与绝对风速之间的关系,通过理论力学建立破损舰船的横摇运动方程,得出随机风浪对航行中舰船的扰动力矩,基于现有的倾覆准则,计算出水下爆炸载荷和随机风浪联合作用下破损舰船的倾覆概率。通过实验,对该方法与传统方法的计算结果误差值进行对比。与传统计算方法相比,该方法所得到的结果误差明显减小。