迎浪航行时船舶垂荡纵摇运动建模与仿真

发布时间：2017-08-01 02:13

  本文关键词：迎浪航行时船舶垂荡纵摇运动建模与仿真

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【摘要】：船舶垂荡和纵摇运动是耐波性研究的重要内容,高精度、实时解算的船舶垂荡和纵摇运动数学模型是挪威船级社对航海模拟器行为真实感的要求之一。本文应用普通切片理论对船舶在迎浪规则波中的垂荡和纵摇运动进行研究,构建船舶垂荡和纵摇运动数学模型并进行数值解算和实时可视化仿真。主要包括以下几个方面的工作：1.利用普通切片理论建立迎浪规则波中船舶运动数学模型。根据流体力学的原理,分析船舶在迎浪规则波中做垂荡和纵摇耦合运动时的受力情况,得到船舶垂荡和纵摇运动模型,并给出了求解模型中各项系数的公式。2.利用田才图谱获得整个船体的水动力系数和波浪扰动力。首先根据船舶无因次水动力质量和无穷远处波幅与切片附近振荡幅值比,计算船舶各站面的水动力系数和波浪扰动力,再结合辛普生积分法对求得的各站面附加转动惯量、附加质量、阻尼系数和波浪扰动力等进行数值积分,从而得到整个船体的水动力系数和波浪扰动力。3.根据S-175标准集装箱船的试验数据验证船舶垂荡和纵摇运动数学模型的准确性。以Visual Studio 2010为开发工具,编写求解附加质量、阻尼系数和波浪扰动力的C++程序,并利用四阶Runge-Kutta法设计对所构建的垂荡纵摇运动数学模型进行解算的程序,实现了S-175标准集装箱船在不同航速、不同波浪频率、不同波幅的条件下的实船模型解算。模型的解算结果通过两种方式进行验证,先是将解算结果在Matlab中比较试验数据和仿真数据的历时曲线,二是将模型集成到航海模拟器视景系统,实现了船舶垂荡纵摇运动的实时动态仿真。结果表明,所建立的船舶垂荡和纵摇模型具有较高的精度,并可应用于航海模拟器中。
【关键词】：船舶垂荡 船舶纵摇 切片理论 航海模拟器
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U661.32
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 选题背景与课题意义9-10
• 1.2 国内外研究综述10-17
• 1.2.1 切片理论的产生与发展11-13
• 1.2.2 试验研究13-14
• 1.2.3 近期研究现状14-17
• 1.3 本文主要工作17-20
• 第2章 船舶垂荡纵摇耦合运动模型20-37
• 2.1 坐标系选取20-23
• 2.1.1 船舶附体坐标系20-21
• 2.1.2 空间固定坐标系21-22
• 2.1.3 随船平动坐标系22-23
• 2.2 基本假设23-24
• 2.3 船舶垂荡纵摇时受力24-26
• 2.4 船舶受到的波浪扰动力26-31
• 2.4.1 规则波的基本要素26-28
• 2.4.2 波浪扰动力的计算28-31
• 2.5 船舶垂荡纵摇运动数学模型的建立31-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第3章 模型系数的解算37-51
• 3.1 数值积分法37-42
• 3.1.1 几种常见数值积分法37-39
• 3.1.2 辛普生第一积分法示例39-42
• 3.2 水动力(矩)系数42-44
• 3.3 田才图谱44-49
• 3.3.1 图谱介绍44-47
• 3.3.2 应用实例47-49
• 3.4 波浪扰动力(矩)49-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第4章 程序实现与模型仿真51-77
• 4.1 程序实现51-55
• 4.1.1 计算程序51-52
• 4.1.2 实例程序实现52-55
• 4.2 模型仿真55-62
• 4.2.1 四阶龙格-库塔法数值解算55-59
• 4.2.2 程序实现及仿真实例59-62
• 4.3 Matlab程序仿真62-73
• 4.3.1 波幅对垂荡纵摇的影响62-66
• 4.3.2 频率对垂荡纵摇的影响66-69
• 4.3.3 航速对垂荡纵摇的影响69-73
• 4.4 模拟器程序应用测试73-74
• 4.5 本章小结74-77
• 第5章 结论与展望77-79
• 5.1 结论77-78
• 5.2 展望78-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-84
• 作者简介84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 张秀凤;金一丞;尹勇;;船舶运动数学模型编辑及测试开发平台[J];系统仿真技术;2009年04期

2 陈虹丽;刘贵栋;赵希人;;船舶纵向运动水动力参数模型的建立及分析[J];仪器仪表学报;2006年S2期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 张建;船舶在波浪中的纵向运动响应及载荷[D];大连理工大学;2005年

2 祁宏伟;波浪中船舶六自由度操纵/摇荡耦合运动仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2008年

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本文编号：602092