大型起重船复杂系泊情况下运动响应数值模拟与试验对比研究

摘要

工程船舶在海上进行施工作业时需要对作业船舶进行系泊定位。对于船舶系泊系统定位，由于受到复杂海洋环境的影响，船舶会产生6个自由度的运动。模拟系泊状态下船舶运动响应，可以预报船舶在复杂海洋环境下的运动，避免船舶运动响应幅值超过作业的允许值，预防危险情况发生，这对于理论研究和工程实际都具有重要的意义。
　　由于系泊浮体的纵荡、横荡和艏摇运动的回复刚度由系泊系统提供，这三个自由度运动的固有周期与波浪二阶差频力的周期相近，浮体运动易因波浪二阶力作用发生共振使得系泊浮体运动更为剧烈。因此对于波浪二阶差频力的分析计算对于系泊浮体十分重要。
　　本文首先介绍了进行系泊船舶运动响应时域模拟所依据的理论基础，包括三维频域势流理论及数值计算方法、悬链线理论、低频阻尼理论以及系泊系统与船舶耦合运动时域模拟基本理论。同时结合这些理论基础介绍了分析软件SESAM软件的基本情况。
　　其次，本文研究了波浪二阶力的计算。包括平均漂移力和波浪二阶差频力的计算，通过对相关模型试验的模拟，分析了不同的二阶力计算方法之间的差异，为后面进行系泊船舶的运动响应计算奠定基础。
　　之后本文进行了系泊下船舶运动响应的时域模拟。介绍了相关模型试验的基本情况。模拟工况包括了规则波和不规则波的海况。分析了系泊下起重船在规则波中的运动响应特性，比较了在不同的规则波条件下起重船运动响应特性的不同。通过对低频运动结果的讨论，重点分析了低频阻尼情况。在不规则波工况的模拟计算中比较了Newman近似法和全QTF矩阵法计算二阶差频力得到的运动响应结果。讨论了系泊下起重船运动中缆绳张力的情况。
　　本文对于系泊系统与船舶耦合运动响应数值模拟的结果，为今后的相关理论研究以及相关的工程实际问题提供了技术支持。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 系泊缆索分析方法

1．2．2 船体耐波性研究方法

1．2．3 二阶波浪力分析方法

1．2．4 系泊系统与浮体耦合运动分析方法

1．2．5 系泊系统与浮体耦合纵荡运动中低频阻尼项的研究

1．3 本文主要工作

第二章 系泊浮体运动响应数值模拟基本理论

2．1 三维频域势流理论及数值计算方法

2．1．1 波频运动及一阶波浪力

2．1．2 二阶波浪力

2．1．3 数值计算方法

2．2 悬链线理论

2．2．1 单根锚泊线的静力分析

2．2．2 系泊系统张力分析

2．3 低频运动阻尼理论

2．3．1 粘性阻尼

2．3．2 波浪漂移阻尼

2．4 系泊系统与船舶耦合运动

2．4．1 运动方程的建立与求解

2．4．2 运动响应结果分析方法

2．5 分析软件介绍

2．6 本章小结

第三章 二阶波浪力的数值模拟

本章介绍

3．1 某浮标模型试验及二阶力数值模拟

3．1．1 某浮标模型运动响应试验

3．1．2 浮标模型平均波浪力数值模拟

3．1．3 浮标模型二阶差频力数值模拟

3．2 某起重船二阶波浪力数值模拟

3．2．1 某起重船模型

3．2．2 某起重船平均波浪力数值模拟

3．2．3 某起重船二阶差频力数值模拟

3．3 本章小结

第四章 系泊下起重船运动响应模型试验

本章介绍

4．1 试验概况

4．2 模型试验依据的相似准则

4．3 试验模拟工况条件

4．4 系泊系统布置情况

4．5 静水中试验情况

4．6 规则波及不规则波试验情况

4．7 本章小结

第五章 规则渡中运动响应数值模拟

本章介绍

5．1 船舶频域运动分析

5．2 顶浪规则波中运动响应

5．2．1 时域运动响应模拟结果

5．2．2 波频运动响应特性

5．2．3 纵荡低频运动响应中的阻尼

5．3 顺浪规则波中运动响应

5．3．1 波频运动响应特性

5．3．2 纵荡低频运动响应中的周期和阻尼

5．4 本章小结

第六章 不规则波中运动响应及缆绳张力响应

本章介绍

6．1 顶浪不规则波中运动响应及缆绳张力

6．1．1 运动响应数值模拟结果与试验结果对比分析

6．1．2 缆绳张力值数值模拟结果与试验结果对比分析

6．2 顺浪不规则波中运动响应及缆绳张力

6．2．1 运动响应数值模拟结果与试验结果对比分析

6．2．2 缆绳张力数值模拟结果与试验结果对比分析

6．3 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 研究展望

参考文献

发表论文及参加科研情况

致谢