三体船随浪稳性数值计算方法研究

论文摘要

近年来,三体船作为一种新型的高性能船舶,以其优良的快速性和耐波性、良好的稳性和开阔的甲板等特点而受到业界的广泛关注。由于航速高、方形系数小,三体船在随浪航行时更易于和波浪同速前进,波而形状对其复原特性的影响更为显著,有可能造成一定的稳性损失。因此在考虑三体船稳性时,有必要对随浪中的稳性进行计算。鉴于此,作者开展了三体船在随浪中的稳性数值计算方法研究。基于NURBS理论,研究了建立NURBS船体模型的理论和方法,利用FORTRAN语言,编制了NURBS船体生成程序,通过引入NURBS理论,提高了船体型线和曲面生成的速度和精度。提出了三体船在波浪中瞬时浮态的概念,分析了不同瞬时浮态下的船波交点情况,采用离散法对NURBS船体模型和波面进行求交计算找出船波交点,从而得到了三体船在任意波面下的形状并对其几何要素进行了计算。之后,研究了在小角度变化时,用几何要素表示浮态增量的方法,为计算不同倾斜角度时的三体船浮态打下了基础。根据等效波和等效波谱理论,研究了船舶随浪航行时的计算用波浪,并对船舶随浪航行时的力学机理进行了分析,建立了三体船在随浪中的浮态方程组并研究了船舶浮态变化时浮态方程组的数值解法。在求解出船舶随浪浮态方程组的基础上,推导出了船舶在随浪中的稳性计算方法并编制了相应的计算程序。采用以上NURBS船体生成程序和稳性计算程序,首先计算了船舶在静水中的浮态和完整稳性,计算结果与理论计算结果吻合得比较好,在此基础上讨论了船型、侧体位置、侧体吃水和斜升角等船型要素对三体船稳性的影响。其后,对三体船在随浪中的稳性进行了计算并与静水中的结果进行了对比,研究了三体船随浪中的稳性损失情况,并分析了波高、波长、船波相对位置和波向角等波浪要素对三体船稳性的影响规律。最后,考察了在船型要素和波浪要素综合作用下三体船的随浪稳性变化特点。这对提高三体船稳性,保证三体船的航行安全性具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本文研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究综述
• 1.2.1 三体船发展现状
• 1.2.2 随浪稳性研究概述
• 1.2.3 NURBS研究概述
• 1.3 本文工作内容
• 第2章 基于NURBS的三体船建模
• 2.1 NURBS曲线
• 2.1.1 NURBS曲线的定义
• 2.1.2 NURBS曲线的基本算法
• 2.1.3 构造NURBS曲线的节点矢量
• 2.1.4 反算控制顶点
• 2.1.5 边界条件
• 2.2 NURBS曲面
• 2.2.1 NURBS曲面定义
• 2.2.2 NURBS曲面性质
• 2.3 NURBS曲线曲面在三体船上的应用
• 2.3.1 船体型线的拟合方法
• 2.3.2 水线与横剖线的构造
• 2.3.3 船体曲面的生成
• 2.4 本章小结
• 第3章 船舶在波浪中的几何要素计算
• 3.1 船舶在波浪中的任意浮态
• 3.2 三体船与波浪的求交计算
• 3.2.1 剖面交点分布情况
• 3.2.2 求交算法
• 3.3 船舶几何要素计算
• 3.3.1 面积要素的数值计算
• 3.3.2 体积要素的数值计算
• 3.3.3 波浪中的船舶瞬时吃水
• 3.4 浮态变化时的增量表示方法
• 3.5 本章小结
• 第4章 随浪稳性计算方法研究
• 4.1 坐标系
• 4.1.1 坐标系的选取与转换
• 4.1.2 随浪航行时的坐标系转换
• 4.2 随浪航行时的计算用波浪
• 4.2.1 波浪模型的建立
• 4.2.2 有效波与有效波谱理论
• 4.2.3 船速对随浪稳性的影响
• 4.3 波浪力的计算
• 4.4 浮态与稳性方程
• 4.4.1 浮态方程的建立
• 4.4.2 浮态方程的解法
• 4.4.3 复原力臂的计算方法
• 4.5 稳性计算模型的验证
• 4.6 本章小结
• 第5章 随浪稳性计算分析
• 5.1 模型建立
• 5.2 静水中三体船稳性计算
• 5.3 波浪要素对随浪中三体船稳性影响
• 5.3.1 波高的影响
• 5.3.2 波长的影响
• 5.3.3 波向加的影响
• 5.3.4 船波相对位置的影响
• 5.4 船型要素对随浪中三体船稳性影响
• 5.4.1 波高不同时船型要素对稳性的影响
• 5.4.2 波长不同时船型要素对稳性的影响
• 5.4.3 船波相对位置不同时船型要素对稳性的影响
• 5.4.4 浪向角不同时船型要素对稳性的影响
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢