船舶随机纵浪中非线性横摇及倾覆机理研究

摘要

随浪中船舶的参数激励横摇运动，可以引起船舶的不稳定横摇，是随浪中船舶倾覆的主要原因之一。本文旨在研究随机随浪情况下，由于参数激励引起的大幅横摇运动的动力特性，揭示随机随浪中船舶倾覆机理。 本文用能量方法提出了基于自由横摇曲线确定非线性阻尼系数的方法，此方法的最大优点是不需要事先确定阻尼的准确形式，并且可以满足大角度横摇下回复力矩强非线性的要求。本文考察了线性项加立方项和线性项加平方项两种横摇阻尼的表达形式，比较了计算结果与实验数据的差异。根据15000吨集装箱船的船模实验结果，得到了集装箱船的非线性横摇阻尼系数。 考虑纵摇、升沉及波浪对稳性高度变化的影响，将船舶稳性高度GM作为时域变化的随机参数激励，建立了船舶在随机随浪航行情况的参数激励横摇运动微分方程。根据长150m、宽27m的集装箱船的型线，求出了随浪中的稳性高度与静水中稳性高度的差值，该差值为波面形状及纵摇和升沉运动的函数。采用ITTC双参数波浪谱，将有义波高为10m、12m和18m的三种不同随机波分别分解为一系列规则波的迭加，根据切片理论求出每种规则波激励下船舶的升沉和纵摇运动。将不同规则波影响下稳性高度变化量迭加，求出不同随机波作用下船舶横摇运动的参数激励值。考虑初始横摇角为3°及定常风作用下发生5°永倾角，计算随机参数激励下船舶的时域横摇运动响应。计算表明，在大幅随机波作用下，集装箱船横摇角达到30°以上，而在稳定横风和有义波高为18m的随浪作用下，船舶发生倾覆。计算结果显示了随机随浪对船舶横摇和倾覆的重要影响。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1本文研究的背景和意义

1.2船舶在随浪中的倾覆分析

1.3船舶参数激励运动研究现状

1.4本文主要工作

第二章船舶随机纵浪上参数激励非线性横摇方程的建立

2.1坐标系的建立

2.2随机纵浪上参数激励非线性横摇方程的建立

2.3随机波中船舶升沉和纵摇耦合运动方程的建立

2.4本章小结

第三章非线性阻尼系数和随机参数激励项的求解方法

3.1阻尼系数的求解方法

3.2随机参数激励的求解方法

3.3本章小结

第四章船舶模型实验

4.1实验概述

4.2静水自由横摇实验

4.3本章小结

第五章15000吨集装箱船非线性阻尼力矩系数的确定

5.1阻尼系数求解

5.2本章小结

第六章15000吨集装箱船随机参数激励非线性横摇响应

6.1随机参数激励项的求解

6.2升沉和纵摇的耦合运动

6.3稳心高GM值的变化

6.4参数激励横摇运动响应求解

6.5本章小结

第七章结论

附录

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢