船舶撞击力及系泊船舶波浪作用下的撞击力研究

摘要

在港口工程中，船舶撞击力是一个非常重要的荷载，尤其是在建造大型开敞式码头时，船舶撞击力的准确确定是港口码头合理设计和安全运营的保证。对于船舶撞击力的确定，若有一套既具较高计算精度又便于使用的计算方法，就可以省去用物理模型方法确定的步骤，从而减少工程造价，节约投资。我国现行JTJ215-98《港口工程荷载规范》给出了相应船舶撞击力的计算公式，但是在工程设计应用过程中发现仍存有一定问题，于是本文就此问题展开研究和探讨，给出对规范公式的修正建议。 对于大型开敞式码头，系泊船舶在横浪作用下的撞击力在很多时候会大于系靠船时的撞击力。本文先就系泊情况下的船舶撞击力展开讨论，首先建立了频域下的系泊船舶在横浪作用下的运动方程数学模型，采用流体力学的中势流理论进行分析、并编程数值求解，求得频域下的附加质量、辐射阻尼、波浪力以及撞击能量等数值解，然后应用Cummins提出的由频域向时域转化的理论方法，通过傅立叶变换，得到时域下的波浪力、迟滞函数和附加质量。时域下的附加质量不依赖于入射波的频率，本文将时域下的附加质量转化为附加质量系数，作为下一步研究的数据资料。 通过数值分析求得一系列船舶在不同系泊条件下的附加质量系数，同时结合对此类问题的其他相关研究成果，综合分析找到影响附加质量系数变化的主要因素(船舶型宽、船舶吃水和码头前沿水深)，通过因次分析得到能够较好的反映附加质量系数与各个影响因素之间的数学关系表达式的基本形式。然后通过本文计算的数据资料以及其他研究成果的数据资料，利用MATLAB数学软件强大的回归分析功能，进行多元回归拟合得出本文计算附加质量系数的建议公式。 利用现有的试验数据对附加质量系数计算公式进行验证，发现该公式不仅适用于系泊船舶的情况，同样也适用于船舶系靠岸时计算撞击力的情况。附加质量系数只是对于规范公式进行修正的最重要一个部分，本文在参考其他研究成果的同时，不论是对系泊船舶还是船舶系靠岸的撞击力计算公式，都给出了修正建议，即本文的计算公式。对于本文公式的计算精度，通过大量试验数据进行了验证，能够保证较高的计算精度。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的提出及研究价值

1.2国内外研究概况

1.3本文研究内容

1.3.1研究方法

1.3.2实施方案

1.3.3研究中可能遇到的难点及解决方法、措施

第二章系泊船舶运动方程的建立

2.1概述

2.2建立方程

2.2.1复原力

2.2.2流体动力

2.2.3波浪力

2.2.4运动方程

2.3小结

第三章速度势函数的求解

3.1概述

3.2分布源积分方程与面元法

3.2.1分布源积分方程

3.2.2面元法求解波源强度分布函数

3.2.3求解速度势

3.3格林函数的计算

3.4小结

第四章运动方程的解

4.1概述

4.2差分平衡方程

4.3时间步进法

4.4运动方程

4.5撞击能的算法

4.6 Runge-Kutta法

4.7小结

第五章附加质量系数分析

5.1概述

5.2附加质量频域时域间的转换

5.3数据回归分析

5.4其他公式介绍

5.4.1 Grim公式(1955年)

5.4.2 Vasco Costa公式(1964年)

5.4.3 Saurin公式(1963年)

5.4.4 Rupert公式(1976年)

5.4.5 Giraudet公式(1966年)

5.4.6 Blok和Dekker结论(1979年)

5.4.7 Stelson等公式(1955年)

5.4.8法国勒阿弗尔港的原型试验

5.4.9 Ueda测试(1981年)

5.4.10综上分析

5.5小结

第六章横浪作用下系泊船舶撞击能的分析计算

6.1概述

6.2撞击能计算公式的分析探讨

6.3计算对比

6.4小结

第七章船舶靠岸时撞击能的分析计算

7.1概述

7.2问题分析

7.3附加质量系数分析

7.4附加质量系数公式的比较

7.5船舶靠岸撞击能的计算比较

7.6小结

第八章结论与展望

8.1结论

8.2展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果