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。     

基于船波相对运动的砰击压力和上浪载荷预报方法

本文基于船波相对运动理论,对舷侧砰击压力和甲板上浪载荷的数值及试验预报方法分别进行了研究.利用三维势流理论计算船舶与波浪之间的相对运动,可以得到船波相对速度及甲板上浪高度.对于砰击压力通过数值模拟方法得到砰击压力系数后结合船波相对速度来预报;对于上浪载荷则采用考虑船舶航速的溃坝模型结合甲板上浪高度来预报.此外,开展了船舶运动和砰击压力模型试验,船波相对运动由沿着模型横剖面布置在舷侧的浪高仪测量,并且测得了相应位置处的砰击压力.最后分别对船波相对运动和砰击压力的数值结果与试验数据进行了比较分析,同时基于船波相对运动给出了一种砰击持续时间计算方法.     

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。     

三维流体动力方法计算穿浪双体船的船体响应

穿浪双体船船型复杂,航速较高,要准确预报其波浪载荷比较困难,但同时对于结构设计而言又非常重要。基于线性势流理论,采用三维流体动力学方法在时域上计算了穿浪双体船的运动响应和波浪载荷,时域计算结果经过傅立叶变换,在频域上分析了其响应特征。通过与规则波中试验结果和数值计算结果进行比较分析,表明用该方法计算穿浪双体船的船体响应可以获得比较满意的结果,可应用于同类船舶的波浪载荷预报。     

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.     

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.     

穿浪双体船迎浪纵向运动和阻力增值CFD不确定度分析

基于RANS方法,对穿浪双体船浪(WPC)迎浪纵向运动和阻力增值进行了数值分析,并对计算数值进行了验证和确认,证明了静水和波浪中运动计算结果的可靠性。通过计算结果与模型试验数据的对比发现,RANS方法在各种波长中预报精度均较高,验证了该方法的有效性。     

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。     

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。     

船体非线性波浪载荷的水弹性分析

本文采用水弹性分析方法研究船舶在规则波及不规则波中迎浪航行时的结构动力响应（运动、剪力和弯矩等）。确定流体载荷时应用了扩展的切片理论，其中计及由于船体的非直舷、剖面吃水的瞬时变化和船体振荡的非简谐特性所导致的非线性，同时还考虑了波浪冲击、出水和上浪的影响。运动方程是在时域内步进求解。数值计算结果与规则波中的模型试验相比较，符合程度令人满意。     

Long-term prediction method for the green water load and volume for an assessment of the load line

 To develop a practical prediction method for the green water load and volume on the bow deck in irregular waves, model tests were conducted using a tanker and a cargo ship on a domestic Japanese voyage. The relation between green water load and relative water height at the stem was considered. Based on the finding that the maximum value of the green water load is proportional to the square of the maximum value of the water elevation over the bow top, the probability density functions of the green water load and volume in short-term predictions were proposed. It was verified that the proposed functions show good agreement with the measured distributions, especially in the tails, and were better than conventional functions. Using these functions, long-term predictions of the green water load were carried out. It was confirmed that the present method is more rational than the conventional one for estimating the long-term probability of the green water load. An assessment of the bow height of a domestic Japanese ship from the viewpoint of deck wetness was carried out using these prediction methods. This research was used as the technical background for the revision of domestic rules on load lines, which was enforced in October 2001. Received: July 19, 2002 / Accepted: October 30, 2002 Acknowledgment. Some of the present study was carried out as part of a cooperation project (RR45) with the Shipbuilding Research Association of Japan, supported by the Nippon Foundation. Address correspondence to: Y. Ogawa (e-mail: ogawa@nmri.go.jp)     

海区中、小高速船的舱室通风

高速船在航行时产生甲板上浪,使门窗、风筒等舾装件在风浪中的水密问题变得较为突出。在水密问题解决后,舱室通风却成为影响乘客舒适及安全的因素。本文提出了海区中、小型高速船舱室通风的解决措施。     

国际载重线公约中舷弧修正浅析

本文对国际载重线公约干舷修正中的舷弧修正进行了重点的解析，并结合实例进行了说明。     

排水型船外飘砰击和甲板淹湿的经验估算方法（英文）

The paper presents an empirical method to calculate bow flare slamming pressure and the green water load. Many empirical formulae for various types of vessels have been provided by rules of ship classification societies. In the present work, attempt is made to develop generalized formulations for all types of displacement vessels. Extreme sea conditions are considered. Bow flare pressure is derived in terms of flare and waterline angles. Specific condition for limiting waterline angle is derived based on 2 D numerical simulations. Deck wetness is derived in terms of static and dynamic swell-up and the relative motion. Variation of static swell along the length is determined based on potential solution based analyses considering variation in vessels' hull. 2 D wedge simulations are carried out to validate the formulation of dynamic swell-up. Results of the calculated bow flare and deck pressures are compared with various ship classification society formulations and the trends are found to be in good agreement in general barring at bow flare where lower pressure is found in most of the presented cases. Also IACS UR S21 A(2018) governing minimum pressure for deck scantlings is found to be conservative in few of the presented cases. Although scantlings assessment is not performed, the presented new formulations may help in realistic assessment of scantlings.     

连杆襟翼舵敞水试验研究

通过连杆襟翼舵的敞水试验,比较其与普通航的水动力性能,得到其参数对水动力影响,间接地分析了连杆襟翼舵与齿轮传动襟翼舵的水动力性能。为连杆襟翼舵的设计提供了试验基础。     

水筒中直线涡运动的理论探讨

本文讨论了正方形截面水筒中直线涡的运动。当涡线不位于水筒的轴中心线上时,数值计算指出,它在水筒横截面上的运动轨迹为近似螺旋线。若直线涡位于水简轴中心线附近,则轨迹为一个近似圆。本文详细讨论了水筒轴中心线的直线涡的运动稳定性,其结论是在除零波数外的任意波数扰动下,该涡线总能保持在轴中心线上,运动是稳定的。零波数扰动情况与不在水筒轴中心线上的直线涡运动情况一样,将逐渐偏离水筒轴中心线。     

允许甲板入水的横摇实验

本文利用“对振式可控力矩横摇激振装置”进行船模允许甲板入水的强制横摇实验研究，证实用甲板未入水的横摇模型预报允许甲板入水的横摇将产生显著的差别。唯有通过船模允许甲板入水的强迫横摇实验才能获得真实的非线性横摇模型，据此才能进行可靠的巨幅横摇响应预报。     

内河船舶的浅水阻力计算

本文提供了一种估算内河船舶浅水阻力的方法。根据184条船模浅水阻力曲线及部分相应的深水阻力曲线,计算了经济航速、临界航速和不同航速下的兴波阻力系数。应用经修正的Prohaska方法计算了深、浅水形状因子。将上述这些量视为H/T、L/B、B/T和C_B的幂函数方程,应用回归分析确定其指数值。利用求得的回归公式即可进行深、浅水阻力计算,协助选择优良船型,进行主尺度分析,选配经济航速以提高营运经济性。本方法具有计算简便、适应范围广、计算精度高等优点。     

破舱情况下船体总纵强度分析

本文提出用影响数计算最大静水弯矩和剪力的新方法，使进水状态的静水弯矩和剪力计算变得容易，以65000t散货船和21000t多用途船为例进行了数值计算。推荐以横截面余度作为衡量破舱后船体总纵强度的准则。