顶浪中蓝疆号起重船吊物系统运动响应数值模拟与模型试验对比研究

摘要

起重船在进行吊装施工时组块的运动会受到多种环境因素的影响，为了研究起重船吊物系统的耦合运动规律，为系泊起重船吊装作业提供指导，本文使用数值模拟与模型试验对比分析的方法对顶浪中蓝疆号系泊起重船吊物系统的运动特性进行了深入研究，系国内首次使用数值模拟结合水池模型试验方法研究蓝疆号系泊起重船吊物系统在顶浪中的耦合运动规律。 首先通过水池模型试验研究了蓝疆号系泊起重船吊物系统在静水中的自由衰减运动，规则波浪、不规则波浪中的耦合运动响应，同时对不同浪向、不同波浪周期、不同吊物重量、不同起吊高度下的运动进行了试验分析；然后根据频域三维势流理论及系泊起重船吊物系统耦合运动方程，使用数值模拟方法分析顶浪中系泊起重船吊物系统的运动特性，并与模型试验结果对比了规则波浪中运动的RAO和不规则波浪中的运动统计结果；最后使用数值模拟方法研究了起重船吊物系统运动对波浪周期、波高和吊物组块重量、起吊高度变化的敏感性，同时结合我国沿海环境及诺布丹顿关于浮式起重船操作规范对蓝疆号系泊起重船吊装1000t、2000t、3000t组块的适用性进行了分析。 使用模型试验与数值模拟方法对比分析发现：（1）组块纵荡运动为船体纵荡、波浪作用与吊物自身摆动间的耦合运动，当波浪周期接近组块摆动周期时，组块纵荡运动出现共振现象，运动幅值达最大；（2）组块垂荡运动表现为船体纵摇与波浪激励间的耦合运动，当波浪周期接近船体纵摇运动周期时，组块垂荡运动出现最大值。系泊缆绳张力变化受船体纵荡、船体纵摇与波浪激励间的耦合作用，且顶浪侧系泊缆绳张力较顺浪大。 使用数值模拟方法对波浪周期、波高和吊物重量、起吊高度敏感性分析时发现：（1）组块纵荡运动与垂荡运动对波高和波浪周期的敏感性会随着不规则波浪的谱峰周期的增加出现变化，当不规则波浪周期较小时组块纵荡运动对波高变化敏感，当不规则波浪周期较大时组块纵荡运动对波浪周期变化敏感；而组块垂荡运动对小波浪周期变化敏感，当波浪周期较大时对波高变化敏感；（2）组块纵荡运动与垂荡运动幅值均随组块重量增加呈上升趋势，其中纵荡运动增加较垂荡运动明显；（3）组块起吊高度越高，组块纵荡运动幅值越大，而垂荡运动幅值则减小。 使用数值模拟方法对顶浪中蓝疆号系泊起重船吊装的适用性分析中发现：波浪周期较小时适用海况较多，当波浪周期较大时，适用海况急剧减小。长周期波浪对系泊起重船适用性影响明显。本文关于蓝疆号系泊起重船顶浪中的适用性分析可为其实际吊装施工提供参考。

目录

声明

第一章绪论

1.2起重船的发展

1.3国内外研究现状

1.3.1 起重船系泊系统的研究

1.3.2 起重船二阶波浪载荷的研究

1.3.3 涌浪与起重船运动相关的研究

1.3.4 起重船吊物系统运动相关研究

1.4本文的主要工作及创新点

第二章起重船吊物系统耦合运动响应研究方法

2.2船体波浪载荷计算方法

2.2.1 一阶波浪力计算方法

2.2.2 二阶波浪力计算方法

2.3船体系泊定位系统

2.3.1 系泊缆绳的静力分析

2.3.2 悬链线方程的求解

2.3.3 多点系泊方式分析

2.4吊物系统运动响应研究方法

2.4.1 吊物运动方程的求解

2.4.2 起重吊物系统耦合运动方程

2.5MOSES软件数值模拟方法介绍

2.6本章小结

第三章蓝疆号起重船吊物系统耦合运动响应模型试验研究

3.1模型试验现场布置和测试仪器

3.2模型试验相似理论

3.2.1 几何相似条件

3.2.2 动力和运动相似关系

3.2.3 粘性相似关系

3.2.4 系泊缆绳的相似关系

3.3模型试验船体及组块基本参数

3.4蓝疆号船舶模型试验结果

3.4.1 静水中自由衰减运动结果

3.4.2 规则波中蓝疆号系泊起重船吊物系统耦合运动分析

3.4.3 不规则波蓝疆号起重船吊物系统耦合运动分析

3.5本章小结

第四章起重船吊物系统耦合运动试验与模拟对比研究

4.1数值模拟模型介绍

4.2静水中系泊系统刚度位移特性对比分析

4.3静水自由度的衰减运动对比分析

4.4规则波下蓝疆号起重船吊物系统耦合运动对比研究

4.4.1 规则波中无吊物起重船运动RAO对比分析

4.4.2 规则波中船体运动RAO对比分析

4.4.3 规则波中组块运动RAO对比分析

4.5不规则波中蓝疆号起重船吊物系统耦合运动对比研究

4.5.1 不规则波船体运动对比分析

4.5.2 不规则波组块运动对比分析

4.5.3 系泊缆绳张力变化对比分析

4.6典型工况下蓝疆号起重船吊物系统运动数值模拟研究

4.6.1 规则波中起重船吊物系统运动数值模拟研究

4.6.2 不规则波起重船吊物系统运动数值模拟研究

4.7本章小结

第五章顶浪不规则波下蓝疆号起重船吊物系统适用性分析

5.2起重船吊物系统运动响应敏感性分析

5.2.1 有义波高与谱峰周期对起重船吊物系统运动的影响

5.2.2 组块重量对起重船吊物系统运动的影响

5.2.3 组块重心距离水面高度对起重船吊物系统运动的影响

5.3顶浪不规则波适用性统计分析结果

5.3.1 1000t组块适用性分析统计结果

5.3.2 2000t组块适用性分析统计结果

5.3.3 3000t组块适用性分析统计结果

5.4本章小结

第六章总结与展望

6.2研究展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢