Surf-riding and oscillations of a ship in quartering waves

The behavior of a ship encountering large regular waves from astern at low frequency is the object of investigation, with a parallel study of surf-riding and periodic motion paterns. First, the theoretical analysis of surf-riding is extended from purely following to quartering seas. Steady-state continuation is used to identify all possible surf-riding states for one wavelength. Examination of stability indicates the existence of stable and unstable states and predicts a new type of oscillatory surf-riding. Global analysis is also applied to determine the areas of state space which lead to surf-riding for a given ship and wave conditions. In the case of overtaking waves, the large rudder-yaw-surge oscillations of the vessel are examined, showing the mechanism and conditions responsible for loss of controllability at certain vessel headings.List of symbols c wave celerity (m/s) - C(p) roll damping moment (Ntm) - g acceleration of gravity (m/s²) - GM metacentric height (m) - H wave height (m) - I _x ,I _z roll and yaw ship moments of inertia (kg m²) - k wave number (m^–1) - K _H ,K _W ,K _R hull reaction, wave, rudder, and propeller - K _p forces in the roll direction (Ntm) - m ship mass (kg) - n propeller rate of rotation (rpm) - N _H ,N _W ,N _R hull reaction, wave, rudder, and propeller - N _P moments in the yaw direction (Ntm) - p roll angular velocity (rad/s) - r rate-of-turn (rad/s) - R(,x) restoring moment (Ntm) - Res(u) ship resistance (Nt) - t time (s) - u surge velocity (m/s) - U vessel speed (m/s) - v sway velocity (m/s) - W ship weight (Nt) - x longitudinal position of the ship measured from the wave system (m) - x _G ,z _G longitudinal and vertical center of gravity (m) - x _S longitudinal position of a ship section (S), in the ship-fixed system (m) - X _H ,X _W ,X _R hull reaction, wave, rudder, and propeller - X _P forces in the surge direction (Nt) - y transverse position of the ship, measured from the wave system (m) - Y _H ,Y _W ,Y _R hull reaction, wave, rudder, and propeller - Y _p forces in the sway direction (Nt) - z _Y vertical position of the point of action of the lateral reaction force during turn (m) - z _W vertical position of the point of action of the lateral wave force (m) Greek symbols angle of drift (rad) - rudder angle (rad) - wavelength (m) - position of the ship in the earth-fixed system (m) - water density (kg/m³) - angle of heel (rad) - heading angle (rad) - _e frequency of encounter (rad/s) Hydrodynamic coefficients K roll added mass - N _v ,N _r yaw acceleration coefficients - N _v N _r N _rr N _rrv ,N _vvr yaw velocity coefficients K. Spyrou: Ship behavior in quartering waves - X _u surge acceleration coefficient - X _u X _vr surge velocity coefficients - Y _v ,Y _r sway acceleration coefficients - Y _v ,Y _r ,Y _vv ,Y _rr ,Y _vr sway velocity coefficients European Union-nominated Fellow of the Science and Technology Agency of Japan, Visiting Researcher, National Research Institute of Fisheries Engineering of Japan     

钢管混凝土拱桥在车辆荷载作用下的非线性动力响应分析

根据随动硬化理论和钢管混凝土组合材料恢复力模型 ,提出了复杂应力状态下钢管混凝土组合材料的弹塑性应力应变关系。采用非线性有限元法 ,对一钢管混凝土拱桥进行移动车辆荷载作用下车—桥体系的动力响应分析 ,并进一步研究钢管混凝土组合材料进入塑性后对体系振动的影响 ,取得了较满意的结果 ,为钢管混凝土拱桥动力性能评价提供参考。     

沥青混合料转运车模型试验研究

在分析沥青混合料转运车的工作原理及作用的基础上,根据相似理论,设计了沥青混合料转运车相似模型,试验揭示了其结构参数对改善沥青混合料离析程度的影响,得出了材料离析率与螺旋轴转速、螺距及螺旋半径之间的关系,为沥青混合料转运车的设计开发提供科学可靠的依据。     

边坡滑动面三维空间有限元分析

提出了一种用三维潜在滑移面法分析三维边坡滑动面及稳定性的新方法,该方法根据弹塑性有限元的应力分析结果,用数值积分方法确定边坡的潜在滑移面、最危险潜在滑移面和边坡稳定性安全系数,具有充分的理论依据。通过对大量三维边坡实例的稳定性安全系数及最危险滑动面的分析得出,三维边坡按平面边坡处理会引起较大的分析误差,三维边坡应该按三维问题进行分析。     

高桥墩之间几何非线性效应的相互干扰分析

提出了高桥墩之间几何非线性效应的相干分析计算模型。它适合于应用平面有限元法的计算程序求解。通过一个实例和应用逐次渐近法验证了该模型的精度，并从中得到一些有用的结论。     

宁夏地区沥青路面养护专家系统的开发

传统的项目层次的沥青路面养护决策方法是依靠养护工程师在现场进行评价决策,这种传统的决策方法虽然准确有效,但也存在效率低、决策有差异性、区域性养护标准不统一等问题。本研究通过对宁夏地区普通公路养护专家知识和经验的提取,建立了一套基于路面管理系统(CPMS)数据库和专家知识的沥青路面养护专家系统,它能够解决基层公路管理部门所面临的养护决策问题,是对CPMS网级系统的补充和对CPMS技术的完善。     

公路交通经济增长中的制度因素分析

在总结传统的经济增长理论(资本决定论、技术进步论、人力资本论、专业化的人力资本和特殊知识积累论)的基础上,采用新制度经济学的分析方法,对建国以来中国公路交通的制度变迁和经济绩效及其相互关系进行了实证分析,指出了制度在公路交通发展中的极端重要性;提出了"生产要素的制度性边界"这一概念,指出制度边界具有随经济、技术等因素变化而不断变化的特性,在此基础上建立了新的经济增长分析框架和模型;为打破制度的"低度均衡",扩展生产要素的制度边界,最后提出了关于加快制度创新的建议。     

收费公路计重定价理论模型

为了遏制超限运输,解决公路通行费征收中的不公平问题,必须改变目前按车型收费的计费模式,实施计重收费。建立计重收费的定价理论模型是推动这种收费方式健康发展的关键。在提出计重收费定义和类型的基础上,根据公路的准公共产品特性,分析了各种价格结构管制定价模式的特点,提出公路收费宜采用非线性的"两部定价"理论模型。结合收费公路费用分摊的具体方法,给出了收费公路计重定价理论模型,并对相关参数进行了标定。该模型已在江苏省和青海省计重收费标准制定中使用。     

柔性桩与土相互作用非线性分析的增量传递矩阵法

对桩侧土采用非线性荷载传递函数,对桩端土采用线性荷载传递函数,同时考虑桩周土所分担的荷载对单桩荷载传递规律的影响,利用增量荷载传递矩阵法及微分方程的近似解法--子域法,推出了刚性承台下柔性桩与地基非线性相互作用的近似解析算式。为了验证该方法的可行性,通过试验将试验结果与有限元结果及该方法所得结果进行了对比,对比表明:该理论解与现场实测值、有限元计算值都非常接近。     

多年冻土地区路基冻胀变形分析

首先模拟气候因素变化过程,得到不同时期冻土路基温度场分布,温度场随时间的变化可以反映出冻结相变区的变化,然后考虑土体体积力和土体冻结相变产生的冻胀力,采用考虑拉破坏的热弹性力学方法,分析得到多年冻土地区路基变形分布和演变规律;在此基础上,对冻土路基纵向裂缝的成因进行研究,揭示出冻土路基纵向裂缝主要出现于路面中部及路面靠近路肩部位,这与实际情况是相符合的。进一步的分析表明:采用低冻胀性的土填筑路基,如采用碎石土填筑,对于降低冻土路基冻胀变形及防治纵向裂缝病害是有效的。