箱式浮体在波浪中的运动分析

为研究浮体在波浪中的运动，工程中采用基于刚体运动学的理论，应用牛顿第二定律建立了箱体在六个自由度的耦合运动方程。采用修正的切片法计算了箱体在规则波中运动的附加质量、附加阻尼和静水恢复力，并以纵摇和垂荡两个运动模态为例，在频域和时域内计算了浮体在规则波中两个运动模态的波浪载荷和运动响应，并对运动响应特性进行了分析。     

箱式浮体在波浪中的运动分析

为研究浮体在波浪中的运动,工程中采用基于刚体运动学的理论,应用牛顿第二定律建立了箱体在六个自由度的耦合运动方程.采用修正的切片法计算了箱体在规则波中运动的附加质量、附加阻尼和静水恢复力,并以纵摇和垂荡两个运动模态为例,在频域和时域内计算了浮体在规则波中两个运动模态的波浪载荷和运动响应,并对运动响应特性进行了分析.     

物体在浮体上的纵向运动引起的浮体垂向运动

基于切片法建立物体在静水中浮体上纵向运动时浮体的水动力特征及运动微分方程。物体对浮体的垂向作用力考虑为瞬时压力，采用4阶龙格库塔法求解浮体运动微分方程，并将计算值与试验数据进行比较。     

三维锚泊系统时域计算分析

通过采用在频域内对浮体运动方程求解并将计算结果转换为时域结果,同时与锚链线运动时域方程耦合求解锚泊浮体在限制工作水深的运动位移与锚链线上的张力.采用一种考虑锚链线上各种受力的三维锚链线模型来计算锚链的位移与受力.通过对计算结果的分析表明,本方法简单、实用,可以提供具有工程精度的锚泊性能预报.     

系泊浮体在浅水波浪中运动响应的计算研究

对于船舶在浅水中的运动和锚泊系统响应问题,使用时域方法计算一艘起重铺管船在浅水无航速系泊状态下在波浪中的运动响应.基于三维频域势流理论,应用SESAM软件计算浮体在规则波中的频域水动力参数及运动响应.通过频域到时域的转换方法,得到浮体在时域中的水动力系数和不规则波的一阶与二阶波浪力.在时域内计算锚链拉力,再耦合数值求解浮体时域运动方程,得到其在不规则波中的运动时历.最后,采用本方法计算铺管驳船在多点系泊状态下,在浅水波浪中的6个自由度的运动响应和锚缆张力,并将计算结果与模型试验进行比较.分析表明本方法能够提供具有工程精度的船舶运动性能预报.     

浮码头与旁靠船舶的运动响应特性研究

本文基于三维势流理论，采用数值分析方法研究了浮码头与散货船旁靠系泊的运动特性。考虑缆绳和护舷的非线性特性，探求了波浪周期对浮体运动、系缆力的影响规律。研究结果表明：考虑间隙内水体运动影响，旁靠散货船在横浪条件下的纵摇和纵荡运动有所增大。浮码头在计算工况下，缆绳受力较大，在某些工况条件下超出了国际系缆力标准的要求，旁靠散货船的缆绳在计算工况下均未超标，满足要求。研究结果为浮码头系泊系统的设计及工程运营提供理论参考。     

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。     

考虑结构弹性变形的超大型浮体锚泊系统时域耦合分析

通常的系泊系统运动和张力分析只考虑浮体作为刚体的自由度运动。然而,当浮体尺度达到一定程度,浮体会在波浪激励作用下产生弹性变形,弹性变形会对系泊缆的张力产生影响。本文基于浮体三维频域水弹性分析方法和系泊缆静力分析方法,建立锚泊系统时域耦合分析方法,获得更加真实的系泊缆张力特性以及浮体的运动特性,在时域模拟中考虑了风、浪、流环境条件对浮体运动和系泊缆张力的作用,同时根据浮体三维水弹性频域计算结果获取浮体弹性变形在系泊点处产生的位移,建立浮体弹性变形对系泊缆张力贡献的计算方法,并针对一布置于400 m水深海域的超大型浮体,计算了浮体的弹性变形对系泊缆张力的贡献。     

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。     

多浮体铰接薄板结构运动响应研究

应用Newman的广义运动模态分解方法和拉格朗日乘子法,基于波浪辐射和绕射理论建立了铰接多浮体结构水动力响应的运动方程,应用预修正快速傅里叶变换(p FFT)的边界元方法对由15块板组成的铰接多浮体结构的运动响应进行了研究。数值结果表明该p FFT方法计算精度和计算速度均很高,可用于任意形状和约束状态的多体结构的水动力分析。板间距的改变对铰接点处垂荡和横摇影响较大。     

大范围直线运动梁的非线性共振响应计算

以两端铰支直梁的大范围直线运动为研究对象,建立了直梁纵横运动的动力学模型,利用多尺度法,求解了纵横向运动微分方程,解决了纵向运动对横向运动的耦合影响关系,为研究非线性动力学特性奠定了基础,并计算了主共振响应.通过对文中的算例结果与非线性有限元计算结果比较,得出两种计算结果相差很小,证明该动力学模型是正确的.从计算结果可知,在一阶共振外部激振条件下,2,3阶振幅同样为零.     

考虑粘性和航态影响的单体复合船型运动预报

理论与试验研究表明,单体复合船型可以大幅提升舰船耐波性但对其静水阻力影响不大.如何准确预报该船型的运动性能一直是人们关心的问题.文中采用STF法预报深V船型与深V单体复合船型的纵向运动,研究表明,由于传统切片法基于势流理论,无法反映出复合船型组合附体的粘性效应,因此预报结果与试验结果有很大偏差.文中提出采用考虑枯性的CFD软件Fluent计算带有组合附体部分船体剖面的水动力系数,采用RANS方法计算组合附体的升力系数,同时考虑高速时船体航行姿态的影响进行修正.结果表明文中采用的预报方法可以有效提高单体复合船型运动预报精度.     

切片理论应用于双体船运动计算时的伪共振问题

用切片理论来计算双体船流体动力系数时，在一些离散的频率上出现了共振。本文采用在二维双体剖面之间的自由面条件中引进入工粘性的技术，既不违背双体之间存在自由面的物理事实，又能有效地克服上述伪共振现象。文中对双椭球体辐射问题的计算及其与三维源汇分布法结果的比较表明，改进后的切片法可有效地应用于双体船在波浪中的运动计算。     

破损舰艇拖航中总纵强度的安全性分析

应用Korvin-Kroukovsky和Jacobs的切片理论分析舰艇在规则波浪扰动情况下垂荡和纵摇运动对破损舰弯矩的影响,计算不同航向航速下破损舰在典型海况中的弯矩值,给出最小弯矩下对应的典型航向航速,适用于救援船舯附近破损的军用舰艇等细长型的大型船舶拖带安全性分析。     

航行于波浪中的肥大型船波浪增阻计算研究(英文)

Under the background of the energy saving and emission reduction, more and more attention has been placed on investigating the energy efficiency of ships. The added resistance has been noted for being crucial in predicting the decrease of speed on a ship operating at sea. Furthermore, it is also significant to investigate the added resistance for a ship functioning in short waves of large modern ships. The researcher presents an estimation formula for the calculation of an added resistance study in short waves derived from the reflection law. An improved method has been proposed to calculate the added resistance due to ship motions, which applies the radiated energy theory along with the strip method. This procedure is based on an extended integral equation (EIE) method, which was used for solving the hydrodynamic coefficients without effects of the irregular frequency. Next, a combined method was recommended for the estimation of added resistance for a ship in the whole wave length range. The comparison data with other experiments indicate the method presented in the paper provides satisfactory results for large blunt ship.     

Sea state estimation based on vessel motion responses: Improved smoothness and robustness using Bézier surface and L1 optimization

Floating structures oscillate in waves, where these wave-induced motions may be critical for various marine operations. An important consideration is thereby given to the sea states at the planning and operating stages for an offshore project. The most important information extracted from a sea state is the directional wave spectrum, indicating wave direction, significant wave height, and wave spectrum peak period. Among several available methods of measuring and estimating the directional wave spectrum, the wave buoy analogy technique based on vessel motion responses is an in situ and almost real-time solution without extra costs of devices. If the forms of the wave spectra are not predefined in the estimation, the method is called a nonparametric approach. Its most remarkable advantage is the flexible form, but the smoothness should be regulated. After the discrete Fourier transform has been applied to the measured vessel motions, smoothing is necessary. However, this process results in disturbed vessel cross-spectra and a lowpass characteristic of the windowing function. This paper presents a nonparametric approach for directional wave spectrum estimation based on vessel motion responses. It introduces novel smoothness constraints using Bézier surface and includes a more robust estimate using L1 optimization. Both techniques are applied to the wave buoy analogy for the first time. Numerical simulations are conducted to verify the proposed algorithm.     

Full six degrees of freedom coupled dynamic simulation of ship collision and grounding accidents

By taking advantage of the user-defined load subroutine (loadud) and the user common subroutine (usercomm) in LS-DYNA, the authors proposed a new coupled approach for simultaneously calculating structural damage and the planar 3DOF ship motions in ship collisions. The coupled procedure aimed at predicting the detailed structural damage together with reasonable global ship motions. This paper extends the method to consider the full 6DOF ship motions; thus, ship collision as well as grounding accidents can be properly handled. This method is particularly useful for design purposes because the detailed ship hull profile is not needed.A traditional ship maneuvering model is used for the in-plane surge, sway and yaw degrees of freedom with a series of nondimensional coefficients determined from experiments. It is assumed that the out-of-plane degrees of freedom are not coupled with the in-plane ship motions, and there is no coupling among roll, pitch and heave motions. The implementation is verified through free decay tests, and the obtained natural periods show good agreement with theoretical results.Several collision and grounding cases are simulated in which a supply vessel crashes into rigid plates with different orientations. The effects of the roll motion, the heave and pitch motions and the full 6DOF motions are studied. The results are compared with those from a 6DOF decoupled method. Ship motions through the proposed method compare reasonably well with SIMO results. It is found that several consecutive impacts may occur in the simulation of one collision case due to the periodic motions. This is not taken into account in the decoupled method, which makes this method unconservative.     

船舶垂荡与纵摇耦合运动频率散射机制研究

针对船舶纵向速度振荡对垂荡与纵摇耦合运动建立运动响应模型,基于弗劳德-克雷洛夫假定,采用切片法推导切片的浮力、阻尼力和惯性力,通过对切片的积分得到了船体垂荡与纵摇的水动力(矩),推导并得到垂荡与纵摇耦合运动响应方程。以某隐身船为实例,初步分析遭遇频率散射强度和散射频率对耦合运动的影响,得到增大散射强度和散射频率可以减弱耦合运动及其剧烈程度的初步结论。     

高桩码头横向分力在各排架的分配

高桩码头设计是按弹性支承刚性梁法计算横向分力在各排架上的分配。但随着大直径桩的应用,桩基的水平刚度可比过去传统的小直径方桩增大许多倍,有些特殊的长分段码头其分段长度与平台宽度之比很大,是否无论码头分段多长、平台多窄、桩基如何选型及布置都能按刚性梁法计算分配排架横向分力？对此进行研究,解决了以下2个问题：1）在什么条件下可采用刚性梁法,在什么条件下应采用弹性梁法;2）当平台截面与排架水平刚度一定时,分段超过多少跨后,对减小排架承担的船舶撞击力或系缆力影响不大。有助于设计判断采用哪种计算方法,并从有效减小排架横向分力的角度上考虑确定不宜超过的分段跨数,可供设计参考。     

基于船舶运动信息的航行海域海浪特性预报

以船舶自身为波浪测量仪,致力于采集方便而又尽可能少的船舶运动信号以提取航行海域实时海浪特性.由于估计中不依赖原始理论计算的传递函数,不需要附带波浪采集装置,而仅利用航行中船舶运动的观测序列完成海浪谱反演,故该海浪测量方法可适应船舶自身运动参数的变化.另一方面,由于反演估计的船舶运动频率响应特性,与事先计算或以其它实验方法得到的船舶运动频率响应特性得以比较,可以深化、修正对许多不易实时测量的海浪激励状态与船舶运动响应关系的认识,并积累船舶工程研究设计所必需的相关海域海浪谱信息.