离散组合体稳性曲线计算原理与程序实现

摘要

随着人类对海洋资源开发的日益加大以及伴随着海洋工程技术的不断发展,海洋结构物的类型和结构形式日益复杂多样.同时,随着这些海洋结构物工作海况的日趋恶劣,其稳性问题已经越来越引起人们的重视.基于此目的,为了探讨适用于各种类型海洋浮式结构物的通用稳性计算方法,该文提出了离散组合思想和离散组合体的概念.该概念的提出是考虑到大多数非常规船体的结构形状均具有多样性与组合性的特点,使得在对其进行几何定义和几何特性计算时若作为一个整体考虑则十分复杂,而若分解为若干单元则相对简化.文中将离散组合体的单元分为两类:体素单元与不规则单元,并分别给出了各自的几何定义方法以及浮态坐标系的选取原则.同时推导了任意浮态下水线面分别相对于整体相连坐标系与单元体相连坐标系的点法式方程,进而求出了整体浮态参数与单元体浮态参数的相互关系.在浮态参数方面,该文同时选取了传统的横倾角θ、纵倾角ψ和倾斜方向角ω、倾斜角ζ两类角参数.对于海洋结构物来说前一类角参数在浮态方程的求解方面有其传统的方便性,而后者则在实际浮态的表达上更为直观.文中给出了二者之间的变换关系.参考常规船体与水线面的求交算法,该文给出了单元体与水线面的求交方法以及几何特性的计算,并根据坐标变换原理得出了整体对应要素的计算式,求出了离散组合体的静水力要素.对于稳性曲线的计算,该文首先对比了离散组合体与常规船体大角稳性计算的差异,接着给出了离散组合体在任意倾斜方向下的三维静稳性臂计算公式,提出空间最小稳性回复力臂曲线的概念.并根据浮体倾斜过程中满足能量最小的原则,采用最优化方法计算离散组合体的稳性曲线.在理论分析的基础上,利用Microsoft Visual Basic 6.0软件平台开发了SCMFS软件,从而完成了理论体系到应用软件的转化.并通过实例验证了软件的准确性与实用性.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1开题背景及理论意义

1.2国内外发展现状

1.2.1国外

1.2.2国内

1.3论文主要内容及章节安排

第二章离散组合原理

2.1离散组合思想

2.1.1概述

2.1.2离散组合的基本原则

2.2离散组合思想下浮体的几何定义

2.2.1浮体几何定义概述

2.2.2体素单元的几何定义

2.2.3不规则单元的几何定义

2.2.4体素单元的剖面化

第三章离散组合体浮态坐标系的选取及坐标变换

3.1常规船舶浮态坐标系及其浮态参数

3.1.1常规船舶坐标系的选取

3.1.2常规船舶浮态参数的选取

3.2离散组合体浮态坐标系的选取

3.2.1整体坐标系Oxyx与O'x'y'z'

3.2.2单元体坐标系Oi'xi'yi'zi'

3.3离散组合体的坐标变换

3.3.1齐次坐标

3.3.2图形变换

3.3.3整体与单元体相连坐标系之间的变换矩阵

3.4离散组合体的浮态参数

3.4.1水线面方程

3.4.2单元体浮态参数的推导

第四章离散组合体的浮态求解

4.1浮态方程

4.2离散组合体与水线面求交后的几何特性计算

4.2.1概述

4.2.2实体几何特性计算的解析表达式

4.2.3平面区域的几何特性数值计算方法

4.2.4三维物体的几何特性计算方法

4.3单元体与水线面的求交计算

4.3.1单元体横剖面曲线与倾斜水线沿横向的交点

4.3.2倾斜水线沿纵向与横剖面线的交点

4.4离散组合体静水力曲线计算

第五章离散组合体稳性曲线计算

5.1离散组合体和常规船体在大角稳性计算中的主要差别

5.2离散组合体空间稳性插值曲线计算

5.3离散组合体最小稳性臂曲线计算

第六章离散组合体稳性计算软件功能与使用介绍

6.1运行环境

6.2 SCMFS功能模块划分

6.3 SCMFS主要界面介绍

6.3.1主窗体

6.3.2几何定义模块

6.3.3单元组合

6.3.4静水力要素计算

6.3.5稳性横截曲线计算

6.3.6浮态与稳性臂曲线计算

6.4输出文件

第七章工程算例

7.1导管架/驳船组合体下水过程中的完整稳性计算[66-70]

7.1.1工程概述

7.1.2坐标系的选取及导管架入水计算

7.1.3组合体稳性臂曲线计算

7.1.4某导管架/驳船实际下水稳性计算结果

7.2“自立号”海洋平台静水力要素与稳性横截曲线计算

7.2.1“自立号”概况

7.2.2单元划分与坐标系确定

7.2.3静水力要素计算结果

7.2.4稳性横截曲线计算

第八章结论与展望

8.1论文总结

8.2展望

攻读硕士期间发表的文章、攻读硕士期间参与的科研项目与攻读硕士期间曾获奖励

参考文献

致谢