进舱水晃荡对船舶横摇运动的影响研究

摘要

横摇运动是影响船舶稳性的重要因素，尤其船体破损时，再遭遇到恶劣海况，极易由于横摇幅值过大引起船舶倾覆，造成人身财产损失。船舶破舱横摇运动涉及众多的非线性因素，对其进行精确模拟仍具有很大的难度。因此，有必要对破舱船舶的横摇运动响应进行研究。
　　 本文通过建立完整船舶的横摇运动方程，探讨影响横摇运动的各个因素，然后研究分析破舱对这些影响因素带来的改变，从而得到破舱船舶在规则横浪中的横摇运动响应方程；本文对破口面积大小，破口纵向、垂向位置对船舶稳性的影响进行了分析；本文假设进舱水晃荡产生的力矩为作用在船舶上的外力矩，在此基础上计算分析晃荡对横摇运动的影响。
　　 本文采用经验公式对波浪力及水动力系数进行求解；对舱内流体晃荡模型，应用有限差分法对其运动方程进行数值求解，并利用VOF法对自由液面进行追踪；最终利用Matlab对破舱横摇运动方程进行求解。
　　 最后本文以一艘污油回收船为例，对在规则横浪中的完整和破舱状态横摇运动响应进行了对比。对于破舱状态，考虑了进舱水的动力作用，对不同波浪频率下的横摇运动响应用时域法进行计算，并与只考虑进舱水静力作用的结果进行分析比对。结果表明，进舱水在船舶大幅运动时，其液面不再保持水平，而成波浪状，甚至会产生翻卷和破碎，进舱水动力矩的影响使得船舶共振频率发生改变，并引起了较大的合力矩，进而使得横摇运动幅值增大，对船舶稳性不利。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1破舱船舶运动研究意义

1.2船舶运动国内外研究发展状况

1.3破舱船舶横摇运动研究难点及研究现状

1.4本文采用的研究方法和基本假设

第二章破舱船舶横摇运动研究

2.1船舶破舱稳性

2.1.1船舶破舱分类

2.1.2两种基本计算方法

2.1.3本文主要工作

2.2破舱因素对船舶运动的影响

2.2.1破舱进水速度及进水量

2.2.2破口面积的影响

2.2.3破口垂向高度的影响

2.2.4破口距船中距离的影响

2.3坐标系建立

2.4船舶运动方程

2.5破舱船舶横摇运动方程

2.5.1波浪主干扰力矩

2.5.2船舶质量横摇转动惯量与附加水质量转动惯量

2.6非线性横摇运动

2.6.1非线性恢复力矩

2.6.2非线性横摇阻尼系数

2.7总结

第三章进舱水晃荡研究

3.1内部水流晃荡运动计算模型

3.1.1控制方程

3.1.2边界条件

3.2数值计算方法与模型

3.2.1有限差分网格

3.2.2控制方程的离散

3.2.3数值稳定条件

3.2.4自由表面追踪方法

3.3.进舱水对横摇的动力作用

第四章实船算例

4.1船舶与破舱情况

4.1.1船舶概况

4.1.2破舱情况

4.2波浪力计算

4.3计算条件及方法

4.4数值计算结果与分析

4.4.1完整状态与破舱进水过程中船舶横摇运动分析

4.4.2船舶运动对舱内水运动的影响

4.4.3进舱水动力矩对船舶横摇运动的影响分析

第五章本文结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢