冰区船舶回转运动计算方法及数值模拟研究

发布时间：2021-02-28 13:19

　　伴随着北极海冰的日渐消融,极地船舶航行问题得到越来越多学者的关注。与在常规水域中航行时不同,船舶在冰区航行时运动形式更为复杂,遇到风险的可能性也更大。这种情况下,对其操纵性能的预报和模拟就具有重要的意义。本文在现有研究基础上,分别使用经验算法、有限元方法和概率性方法计算了船舶在冰区运动时的冰载荷,并对船舶的运动情况和操纵性能进行模拟,希望对极地航行船舶相关力学问题的深入研究提供支撑。首先利用MATLAB语言编程建立了船舶在冰区航行时的三自由度运动模型,先对船舶在敞水中的运动情况进行了模拟,并与实航数据进行了对比,验证了程序的正确性;接着使用经验公式方法计算冰力和冰力矩,加入到三自由度方程中,将模拟结果分别与实船试验的数据和前人的数值方法模拟结果进行了对比,验证了本文方法的正确性,最后分析了不同参数下船舶冰区回转运动的规律。然后基于非线性有限元方法对船舶直行与回转运动时与海冰发生碰撞的情形进行了模拟,通过与经验公式算得的冰载荷进行比较,验证了有限元模拟结果的准确性,在此基础上分析了各种参数对船舶运动的影响;接着使用流固耦合方法,模拟了存在流体域时船舶与海冰的相互作用,分析了考虑海水的作用... 

【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校

【文章页数】：131 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１阿尔托大学冰池进行的操纵性试验１６８１??使用概率性方法对于船舶操纵性的研宄较少

本文研究思路

在操纵运动中的坐标关系如图２．１所示，其中ｖ是Ｇｘ轴与轴之间的角，规定其正方向为自Ｑｘｃ轴转至Ｇｘ轴顺时针方向；ｗ为动系下船舶前进度；５为舵角，规定左舵为正，右舵为负；ｒ为船的转首角速度，顺时针的运动通常可以通过以上所述的位置参数和运动参数来表示，因此通过数舶的操纵运动也就是求解在给定操纵规律下各个运动参数和位置参数随律，然后建立船舶操纵运动微分方程式并求解。??动方程??的操纵运动主要研究固体在流体中的运动。在固定于地球的坐标系中，船动参数随时间变化的规律十分复杂，而在固联于船体的运动坐标系中，船一直保持不变，因此在运动坐标系中分析船舶的操纵运动较为容易。??上节所述的船舶操纵运动坐标系统，可以得到两坐标系之间的坐标变换关ｘ０?＝?ｘｃｏｓｉ／／?－?ｙｓｉｎｙ／??

【参考文献】：
期刊论文
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[3]平整冰中破冰船操纵性能初步预报方法[J]. 王超,康瑞,孙文林,王国亮.  哈尔滨工程大学学报. 2016(06)
[4]碎冰条件下冰区船阻力性能试验研究[J]. 郭春雨,谢畅,王帅,李夏炎,骆婉珍.  哈尔滨工程大学学报. 2016(04)
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[6]STCW公约马尼拉修正案下的航海模拟器发展战略[J]. 金一丞,尹勇.  中国航海. 2012(03)
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[8]船舶破冰航行中避免冰卡的方法[J]. 李国定.  大连海事大学学报. 2011(03)
[9]渤海冬季冰区锚泊与航行安全的研究[J]. 王忠明.  中国水运(下半月). 2010(07)
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博士论文
[1]基于现场实验的海洋结构随机冰荷载分析[D]. 屈衍.大连理工大学 2006

硕士论文
[1]平整冰中破冰船操纵性能初步预报[D]. 康瑞.哈尔滨工程大学 2016
[2]冰材料模型与局部形状对船冰碰撞影响研究[D]. 高岩.上海交通大学 2015
[3]基于非线性有限元方法的船舶—冰层碰撞数值研究[D]. 王健伟.上海交通大学 2015
[4]冰区航行的船舶运动数学模型[D]. 陈海龙.大连海事大学 2014
[5]破冰船的冰阻力估算方法研究[D]. 刘源.华中科技大学 2014
[6]船舶冬季渤海冰区航行安全分析[D]. 李传玉.大连海事大学 2012
[7]破冰船破冰载荷与破冰能力计算方法研究[D]. 何菲菲.哈尔滨工程大学 2011
[8]舵角和航速影响下的船舶操纵运动建模与仿真[D]. 洪剑飞.大连海事大学 2010



本文编号：3055909