船舶横摇运动特性的研究.pdf

船舶横摇运动特性研究要捅甚至导致船舶倾覆事故。横摇运动是海判写白畛<脑硕问剑彩亲钗航行于海洋中的船舶,在风浪流等外在激励的扰动作用下将产生摇荡运动。摇荡运动对船舶的航行安全及营运效率都会产生不利的影响,当摇荡幅度过大时险的运动模态,船舶倾覆大多都是由于横摇运动幅度过大引起的。横摇是船舶稳性及耐波性研究领域中⋯个非常重要、非常复杂的课题。早期应用,人们开始采用非线性动力学的理论来研究船舶的大幅横摇运动及倾覆机态,避免舰船倾覆事故的发生,己成为船舶运动理论研究中亟待解决的课题。对发等方面都有着非凡的意义。本文运用船舶静力学、动力学、耐波性理论以及流悸亲枘崃氐姆窍咝院突指戳氐姆窍咝裕⒋霸谡峁嬖虿中非线性横摇运动方程,运用多尺度法,求出该非线性方程在主共振方程的实用性,以利于运用统计分析方法进行横摇预报工作:治龃霸诠嬖蜃堇酥械牟问嵋≡硕匦裕道骄看霸谧堇酥关键词:船舶横摇运动;波能谱;多尺度法;近似解析解;参数激励横摇的专家学者研究船舶摇摆运动的理论基础是线性理论,但这种方法忽略了船舶摇荡运动中的非线性因素,有很大的局限性,无法对某些船舶的突然倾覆现象作出满意的解释。近年来随着非线性动力学理论的不断发展及计算机科学技术的广泛理。如何运用非线性动力学理论来解释、预报和控制船舶在实际海况下的运动状船舶横摇运动性能的研究,对于揭示船舶倾覆机理、运动状态预报及减摇装置研体力学等相关理论,重点探究了以下几个方面的内容:探讨船舶在『峁嬖虿ㄖ械南咝院嵋≡硕匦裕擞猛臣品治龇椒ǎ总结船舶在随机不规则波中线性横摇统计特性预报的基本方法:情况下的近似解析解,并实例验证该解析解的有效性,分析该系统的一阶近似幅频响应函数,探究突变现象产生的机理;运用能量法,对非线性横摇运动方程进行线性化,并实例验证该转换产生大幅横摇现象的条件。
.王痷瑚篠,,畇甋瑃,.,,,,縜.,。—,瓸琩瑂,瓸猻,,猳“—矗琣¨琍九
髀选题背景及研究意义随着世界物资流通总量的迅速增长,海洋航运在当今全球经济一体化及世界贸易自由化进程的不断推进中扮演着越来越重要的角色。船舶作为海洋航运事业由于受到风、浪、流等外在激励的扰动作用而将产生各种摇荡运动。船舶的摇荡运动对的其自身的适航性和安全性,以及仪器设备的使用性能、船载货物和人员的安全等方而都将造成一些不利的影响。当摇荡幅度过大时甚至导致船舶倾覆、沉没等海难事故。蓬勃发展的海上交通运输事业对船舶海上航行安全提出了更高船舶稳性及耐波性研究在船舶运动理论研究领域中是一个非常重要同时又非常棘手的课题。所谓船舶稳性,是指船体在外在激励扰动作用下,船舶将产生一定不致于倾覆的倾斜,随着外力作用的撤销,船舶能够自行回复到平衡位置的能力川;所谓船舶耐波性,是指海上航行的船舶由于受到波浪力的激励作用,将产生各种摇荡运动、上浪、失速、抨击、螺旋桨飞车以及波浪弯矩等,仍整的描述船舶在波浪上的运动形态需要定义六个自由度嵋⒆菀Ⅳ家⒑荡、垂荡、纵荡脑硕匠獭2ɡ酥写暗囊〉丛硕唤龌嵊跋炱渥陨碜罴咽用性能的发挥,当运动幅度过大时还会造成结构损毁,甚至导致船舶倾覆。然而等海难事故大多数都是由于横摇运动幅度过大引起的。船舶的横摇运动性能是衡量船舶稳性和耐波性等性能的重要指标。现有的各种减摇装置缂跻△ⅰⅣ傲骨和减摇水舱等饕J且越档秃嵋∥D康摹对于风浪中海上航行的船舶来说,由于横摇运动幅度过大从而导致其倾覆是最常见的原因之一。大幅横摇在船舶运动理论研究领域中足一个相当复杂的动力学问题】。其复杂性主要体现在以下两个方面:其一,大幅横摇运动表现出强非多自由度运动耦合的非线性和随机风浪条件扰动的非线性等多方面【浚黄涠的主力,其在波浪上的航行性能历来是人们关注的焦点。处于风浪中航行的船舶,的要求,因此,对船舶运动性能的研究和倾覆机理的揭示也愈显迫切。具有足够的稳性及结构强度,并能保持一定的航速而安全航行的能力【;全面完对于海上航行的船舶来说,横摇运动是最危险的运动模态之一,船舶倾覆及沉没线性特征,其非线性主要包括:恢复力的非线性、阻尼力的非线性、船舶横摇运动特性研究
国内外研究历史及进展际海况下,由随机风浪作用下引起的船舶横摇运动,用确定性的方法来描述比较困难,只能采用概率论的相关理论进行分析计算其统计特性。正是由于横摇运动的强非线性和海洋环境的随机性,加大了人们对这一课题研究的难度。对船舶横摇运动性能的研究,对于揭示船舶倾覆机理、运动状态预报及减摇有充分完整的认识,就能够针对横摇导致失稳的情况采取相应的应对方案和策对风浪中船舶摇荡运动性能的研究显得必要而迫切。船舶稳性及耐波性研究由来已久。国内外众多专家学者对这一课题进行了长期深入的研究和探索,并取得了丰硕的成果。早在十九世纪,和关于船舶稳性及耐波性研究的文献更是浩如烟海。早期的专家学者对船舶摇摆运年来,有关非线