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基于GN波浪理论的船舶大幅运动数值预报模型研究

2020-12-10阅读(592)

基于GN波浪理论的船舶大幅运动数值预报模型研究

论文摘要

随着我国航运业从近海走向远海,恶劣的海洋环境对船舶的动稳性带来新的挑战,有必要对恶劣海况中船舶的大幅非线性运动进行数值预报研究。波浪是船舶在海上航行时遭遇的主要环境载荷,波浪环境的准确模拟是船舶水动力分析和运动预报的基础。本文介绍一种全非线性波浪理论—GN波浪理论,并基于此建立了船舶升沉-横摇-纵摇三自由度耦合的弱非线性数值计算模型,其中入射波浪力和静水回复力按照非线性计算方法在水面以下瞬时湿表面上求解,辐射力和绕射力按照线性计算方法利用脉冲响应函数的方法进行计算,根据动量定理引入了船舶外飘砰击力载荷。论文对GN波浪模型的波浪场进行了验证,同时对GN波浪理论和线性波浪理论生成的不规则波浪进行统计分析,研究了两者之间的差别;其次论文中利用所建立的数学模型对高航速的S175集装箱船进行了规则波浪和不规则波浪中船舶数值模拟计算,并将结果与模型试验的结果进行比较;最后利用所建立的数学模型研究了 C11集装箱船在规则波和不规则波中迎浪航行时的参数横摇现象。试验表明高海况中不规则波浪的波面具有非线性,峰谷值的概率分布偏离瑞利分布,并体现出峰值大于谷值的特点。论文通过对不规则波浪数值模拟结果的统计分析发现,GN波浪理论表现出与试验结果一致的现象。论文中对于S175集装箱船高航速状态下的顶浪规则波浪与不规则波浪中运动的模拟结果与试验结果符合良好,船舶运动幅值大于线性波浪理论的结果。文中同样证明所建立的数学模型适用于解决船舶的参数横摇问题,规则波中基于GN波浪理论的船舶运动数值模拟得到的船舶稳定参数横摇角度与模型试验相差不大,不规则波浪中累积足够多的横摇时历可以得到一个代表船舶在不规则波浪中横摇运动的稳定的参数横摇有义幅值置信区间。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  •   1.1 研究背景及意义
  •   1.2 船舶大幅运动数值模拟方法综述
  •   1.3 GN波浪理论
  •   1.4 本文主要工作
  • 第2章 GN波浪理论介绍
  •   2.1 GN波浪模型
  •   2.2 波浪模拟方式
  •     2.2.1 规则波模拟
  •     2.2.2 不规则波浪生成方式
  •   2.3 波浪场比较
  •     2.3.1 GN波浪理论的压力表达式
  •     2.3.2 线性波浪理论
  •     2.3.3 定点处波浪场时历比较
  •     2.3.4 压力分布情况比较
  •   2.4 本章小结
  • 第3章 船舶大幅运动数值预报模型研究
  •   3.1 船舶在波浪中大幅运动方程
  •   3.2 基于脉冲响应函数的辐射力计算
  •   3.3 基于脉冲响应函数的时域绕射力计算
  •     3.3.1 绕射力计算方法
  •     3.3.2 波浪模型对绕射力载荷的影响
  •   3.4 入射波浪力和静水回复力的计算
  •     3.4.1 非线性入射波浪力和静水回复力计算方法
  •     3.4.2 不同波浪模型求解非线性入射波浪力和静水回复力
  •   3.5 砰击力的计算
  •     3.5.1 船舶砰击力载荷计算方法
  •     3.5.2 不同波陡和航速情况下垂向砰击力对船舶运动影响分析
  •     3.5.3 不同波浪模型下垂向砰击力对船舶运动影响分析
  •   3.6 流体载荷载荷对船舶运动的影响程度分析
  •   3.7 规则波中船舶运动数值模拟结果验证
  •   3.8 本章小结
  • 第4章 恶劣海况中船舶大幅运动数值模拟分析
  •   4.1 不规则波浪统计特征分析方法
  •     4.1.1 海况参数
  •     4.1.2 逐波分析法以及峰度、偏度系数
  •   4.2 不规则波浪模拟及统计分析
  •     4.2.1 波浪统计特性对比
  •     4.2.2 不规则波浪峰谷值概率分布
  •   4.3 船舶在不规则波浪中运动数值模拟及统计分析
  •     4.3.1 运动计算结果统计特性比较
  •     4.3.2 运动计算结果峰谷值概率分布情况
  •   4.4 本章小结
  • 第5章 基于GN波浪理论的船舶参数激励横摇分析
  •   5.1 参数横摇的特点
  •   5.2 船舶横摇阻尼系数的获取
  •     5.2.1 根据模型自由衰减试验获取横摇阻尼系数的方法
  •     5.2.2 C11集装箱船横摇阻尼系数获取
  •   5.3 规则波中参数横摇数值模拟
  •   5.4 不规则波中参数横摇数值模拟
  •     5.4.1 参数横摇运动不确定性分析方法
  •     5.4.2 不规则波浪数值模拟检验
  •     5.4.3 船舶参数横摇运动数值模拟
  •   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
  • 附录A 流函数理论

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 何强

    导师: 马山,董国祥

    关键词: 波浪理论,弱非线性模型,入射波浪力,大幅运动,参数横摇

    来源: 哈尔滨工程大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 数学,船舶工业

    单位: 哈尔滨工程大学

    分类号: U661;O242

    DOI: 10.27060/d.cnki.ghbcu.2019.000052

    总页数: 119

    文件大小: 9851K

    下载量: 28

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