基于一种弱非线性模型的参数横摇数值仿真

发布时间：2020-05-12 01:13

【摘要】：自古至今,船舶航行实践中存在许多线性理论无法解释的现象,参数横摇就是其中之一。随着集装箱船大型化的发展,参数横摇也成为船舶设计过程中需要评估的失效模式之一。本文对参数横摇的直接计算方法做了以下四方面的研究。第一,建立弱非线性六自由度运动模型。首先,基于势流理论和刚体动力学理论,建立船舶在波浪中运动的六自由度线性运动微分方程;然后,将方程中的线性回复力、入射力修正为沿船舶瞬时湿表面积分的结果,该瞬时湿表面由入射波波面和船舶瞬时姿态确定;最后,将线性横摇阻尼力矩修正为一次加三次等形式。这样就得到了一种弱非线性的六自由度运动模型。第二,建立并求解弱非线性三自由度运动模型。将六自由度模型简化成垂荡-横摇-纵摇三自由度模型,用该模型计算了C11集装箱船在纵浪和斜浪中的运动时程,并与模型试验结果进行对比,从而验证了模型的精确性。随后,利用该模型对两万箱集装箱船的参数横摇现象进行了预报。第三,建立并求解单自由度横摇运动模型。基于1.5自由度模型的思想,将三自由度模型进一步简化,提出了一种考虑垂荡、纵摇耦合项的新方法,并提出一种拟合复原力臂的表达式。使用该表达式,对三种1.5自由度模型进行了计算,验证了表达式的精确性。上述表达式结合考虑垂荡、纵摇耦合项的新方法,可以为规则波中参数横摇解析分析及不规则波中参数横摇的概率分析提供更加准确的单自由度数学模型。第四,提出了一种操纵-耐波统一模型。基于船舶在波浪中航行时的高低频运动可以分离的原理,将波浪中的弱非线性运动模型与静水中的船舶操纵性方程相结合,提出了一种操纵-耐波统一模型,并用该模型对C11集装箱船进行了计算。该模型考虑了偏航及舵力的影响,适合更准确地预报船舶在实际航行时尤其是在斜浪中的参数横摇现象。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U661.321

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本文编号：2659377