船舶运动的理论预报与研究

论文题目: 船舶运动的理论预报与研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 船舶与海洋结构物设计与制造

作者: 杨楠

导师: 邢殿录

关键词: 摇荡运动,耦合,水动力系数,统计特性,非线性

文献来源: 大连理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 船在波浪中的摇摆运动是船受海浪扰动后的一个重要物理现象。它们直接影响船在波浪中的航速、甲板上的浪和船体弯矩甚至船舶倾覆等其它物理现象,因此,船舶在波浪中的摇摆运动是船舶耐波性的一个基本组成部分,而且摇荡运动对于整个耐波性能起着重要作用。理论上研究摇摆运动的方法主要归结于列出、分析和解出各不同摇摆运动的微分方程式。要精确地估计船和流体之间的相互作用,将造成数学上的很大困难。尽管有人进行了船在斜浪情况下六个自由度或五个自由度耦合的船体摇摆运动的研究,并给出相应的结果,但由于有些耦合项在数量上相对地较小,因此实用上总是采取一系列的简化假设,使其仅针对几个最简单耦合情况的摇摆运动。 对于船以不变的航速U与规则波成任意角μ遭遇时,作为刚体的船一般有六个自由度的振荡运动。各自由度运动之间是耦合作用的。但通常认为进退运动不与其它运动模式耦合,而认为纵摇和升沉耦合,横摇、横荡和首尾摇耦合。前者称为纵向运动,后者称为横向运动。本文中就针对这五个自由度的运动按纵向耦合运动和横向耦合运动进行了研究和预报。首先建立了耦合运动方程,方程中附加质量系数、阻尼系数、扰动力及力矩是二维线性理论求出的,按福尔廷森、塞尔维逊、塔克等切片理论得到三维实船的附加质量系数、阻尼系数、扰动力及力矩。剖面上水动力系数按刘易斯剖面法计算得到。波浪外载荷按线性艾立波理论及其绕射波理论得到。文中对几条实船在波浪中的幅值响应及其加速度响应进行了计算研究和分析,将其与已有的实验结果和理论结果进行比较,还将各计算结果与几种经验方法如考瑙莱方法、有限元法、Frank法等以及非耦合的经验公式的计算结果进行了比较分析,得到了较为满意的结果。并且进一步计算船舶的垂向和横向加速度以及摇荡运动的统计特性。本文还初步探讨了非线性横摇的内容。

论文目录:

摘要

Abstract

引言

1 耐波性理论基础

1．1 耐波性能研究的必要性

1．2 研究船舶耐波性的基本方法

1．2．1 理论计算与分析法

1．2．2 试验方法

1．3 耐波性的理论计算概述

2 船舶摇荡运动方程的建立与求解

2．1 运动方程的建立

2．1．1 船舶在波浪中的运动概述

2．1．2 运动方程

2．2 水动力系数的求取

2．2．1 Lewis剖面法原理

2．2．2 算例1

2．2．3 算例2

2．2．4 小结

2．3 船舶在规则波中的纵摇和升沉运动

2．3．1 纵向耦合运动方程的矩阵形式

2．3．2 方程组中各系数的表达

2．3．3 扰动力及扰动力矩

2．3．4 算例1

2．3．5 算例2

2．4 考瑙莱的斜浪中横摇计算方法

2．5 横摇、横荡与首尾摇的耦合运动

2．5．1 横向耦合运动方程的矩阵形式

2．5．2 方程组中各系数的表达

2．5．3 扰动力及扰动力矩

2．5．4 算例1

2．5．5 算例2

3 无耦合影响的各运动的计算

3．1 升沉和纵摇运动的近似计算

3．1．1 运动方程

3．1．2 求解

3．2 横摇阻尼系数及其线性化

3．2．1 横摇阻尼的表达式

3．2．2 横摇惯性矩

3．2．3 衰减系数

3．2．4 横摇固有周期

3．3 非耦合与耦合状态运动频率响应的对比

3．4 小结

4 船舶摇荡运动的预报

4．1 风浪谱密度

4．1．1 不规则波的谱密度

4．1．2 谱密度函数的数字特征

4．1．3 风浪的谱密度公式

4．2 船舶在不规则波中的运动响应

4．3 加速度的响应

4．3．1 全船加速度的计算

4．3．2 速度与加速度的响应

4．4 船舶摇荡预报

4．4．1 一般步骤

4．4．2 统计预报

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

大连理工大学学位论文版权使用授权书

发布时间: 2005-05-13

参考文献

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