船舶在纵横摇耦合下的非线性动力学特性研究

发布时间：2017-10-11 17:18

  本文关键词：船舶在纵横摇耦合下的非线性动力学特性研究

  更多相关文章： 非线性动力学 耦合运动 欧拉角 拉格朗日方程 相位图

【摘要】：在船舶耐波性的研究过程中发现波浪以及船舶自身的一些因素会对船舶的运动状态产生影响,这些因素将会导致船舶呈现出六自由度摇荡运动。在一定程度上,这些摇荡运动及其产生的复杂的动力学效应会降低船舶的稳定性和安全性。在船体坐标系的六个自由度摇荡运动中,船舶的横摇运动和纵摇运动对船舶运动状态的影响是最大的,因此,在对船舶运动进行研究的过程中,准确的掌握船舶横摇运动和纵摇运动的各种非线性动力学特性是一项十分重要的工作,研究船舶横摇运动和纵摇运动的非线性动力学行为是考察船舶稳定性的关键性问题之一。为此,本文做了以下工作:(1)建立船舶纵横摇耦合运动动力学模型本文以水平约束下处于自由模式的船舶系统作为研究对象,假设船舶初始时处于正浮状态,没有航速。在此基础上,采用欧拉角描述船舶的摇摆运动,对船舶在规则波作用下的受力情况进行分析后,分别推导出船舶系统动能、势能、阻尼力矩、波浪力和规则波复原扰动力矩的表达式,最后在拉格朗日方程的基础上,建立了假设船舶参数下的纵横摇耦合运动数学模型。(2)分析船舶单自由度横摇与纵摇运动的动力学特性在前面推导的动力学模型的基础上,采用经典的龙格库塔法对方程组进行数值计算,分析规则波扰动力矩不同振幅、不同初始相位角、不同波浪频率和不同的角度控制参数对船舶单自由度横摇和纵摇运动动力学特性的影响。(3)分析船舶在纵横摇耦合作用下的动力学特性通过数值计算的方法研究规则波扰动力矩不同振幅、不同波浪频率和不同的角度控制参数对船舶纵横摇耦合状态下横摇和纵摇运动动力学特性的影响。
【关键词】：非线性动力学 耦合运动 欧拉角 拉格朗日方程 相位图
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U661.3
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 研究背景及理论意义13-14
• 1.2 早期稳性理论的研究14-15
• 1.3 现代船舶摇晃的分析方法15-16
• 1.4 船舶稳性在规则波浪中的研究现状16-17
• 1.5 船舶在不规则波浪中稳性的研究现状17-19
• 1.6 本文主要工作和创新点19-21
• 1.6.1 本文的主要工作19-20
• 1.6.2 本文的创新点20-21
• 第2章 非线性动力学的基础理论21-30
• 2.1 非线性系统的定性分析21-26
• 2.1.1 动力学方程的标准形式21
• 2.1.2 相空间和相图21-22
• 2.1.3 平衡点22-25
• 2.1.4 极限环及其稳定性25-26
• 2.2 平衡点的分叉现象26-29
• 2.3 混沌现象29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 船舶纵横摇耦合运动数学模型30-49
• 3.1 前期理论准备30
• 3.2 船体运动坐标系和基本假设30-32
• 3.3 惯性矩和附加惯性矩32-33
• 3.3.1 横摇惯性矩和横摇附加惯性矩32-33
• 3.3.2 纵摇惯性矩和纵摇附加惯性矩33
• 3.4 基于拉格朗日方程的船舶动力学方程组33-45
• 3.4.1 船舶系统的拉格朗日函数33-34
• 3.4.2 阻尼力矩34-35
• 3.4.3 波浪力及其虚功35-40
• 3.4.4 规则波扰动力矩40-41
• 3.4.5 基于拉格朗日方程的船舶动力学方程组41-45
• 3.5 船舶参数45-46
• 3.6 模型对比分析46-48
• 3.7 本章小结48-49
• 第4章 单自由度横摇与纵摇运动动力学特性分析49-68
• 4.1 理论基础49-50
• 4.2 船舶单自由度横摇运动动力学特性分析50-60
• 4.2.1 波浪激励振幅的变化对横摇运动特性的影响52-54
• 4.2.2 波浪激励初始相位角的变化对横摇运动特性的影响54-56
• 4.2.3 波浪激励频率的变化对横摇运动特性的影响56-58
• 4.2.4 角度控制参数的变化对横摇运动特性的影响58-60
• 4.3 船舶单自由度纵摇运动动力学特性分析60-66
• 4.3.1 波浪激励振幅的变化对纵摇运动特性的影响60-61
• 4.3.2 波浪激励初始相位角的变化对纵摇运动特性的影响61-63
• 4.3.3 波浪激励频率的变化对纵摇运动特性的影响63-65
• 4.3.4 角度控制参数的变化对纵摇运动特性的影响65-66
• 4.4 本章小结66-68
• 第5章 船舶纵横摇耦合运动动力学特性分析68-79
• 5.1 波浪激励振幅的变化对船舶横摇和纵摇运动特性的影响68-71
• 5.2 波浪激励频率的变化对船舶横摇和纵摇运动特性的影响71-75
• 5.3 角度控制参数的变化对船舶横摇和纵摇运动特性的影响75-78
• 5.4 本章小结78-79
• 总结与展望79-81
• 参考文献81-85
• 附录一 解方程组的MATLAB程序85-89
• 攻读硕士学位期间发表的论文89-90
• 致谢90-91
• 大摘要91-96

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本文编号：1013759