粘性流中船舶自由横摇衰减运动数值模拟

以计算流体力学(CFD)理论为基础,基于商业CFD软件FLUENT平台经技术上一系列的二次开发,对某一无航速驳船的二维横剖面在静水中作自由横摇衰减运动进行了数值模拟,分析得到了船体剖面的横摇阻尼系数及固有周期,并与相关试验结果进行了比较,相对误差均小于3%.研究结果表明,数值方法能够对船舶自由横摇衰减运动进行有效地模拟,为预报船舶横摇运动特性提供了一条既有效又便捷的数值手段.     

非线性横摇阻尼的试验确定——数据处理方法

通过对规则波中和不规则波中横摇衰减试验以确定非线性横摇阻尼的数据分析，研究了对大幅横摇随机讯号采用随机减量法确定非线性阻尼方法的理论论据，同时讨论在处理试验数据时所面临的一些问题。指出，随机减量法的测量精度极大地依赖于门槛值和分段的段数，对相对较短的试验记录，采用增加负门槛值使分段段数约可增大一倍，从而可以改善分析结果。     

双体船的横摇阻尼与附连质量惯性矩估算

根据５条具有对称片体的双体船模型在静水中横摇试验资料，讨论了双体船横摇附连质量惯性矩系数，线性阻尼以及纯平方规律阻尼下的减幅系数与船型参数关系，并归纳得这些系数的估算表达式，这些计算式均以船型参数，重心高度以及舭龙骨面积等参数的函数形式表面等参数的函数形式表示，应用本文提出的方法估算双体船横摇减幅系数与附连质量惯性矩，可获得较准确的结果，因而实用性较强。     

一种基于计算流体力学的三维船舶横摇阻尼预报方法

针对三维船体强迫振荡运动,以黏性流理论为基础,通过求解雷诺平均纳维 斯托克斯(Reynolds averaged Navier Stokes,RANS)方程,计及自由面影响情况,对S60船在有航速和无航速时不同幅值的横摇运动进行了数值模拟.分析计算了三维船模的横摇阻尼系数,研究了横摇幅值和航速对横摇阻尼的影响,并与试验值和势流计算值进行了比较.结果表明,数值模拟能够显现出船体流场非线性特征以及黏性的影响,横摇阻尼系数与试验值吻合良好,较势流方法预报更为准确,可广泛应用于船舶与海洋工程浮式结构物的水动力性能分析研究.     

频域内海洋资料浮标水动力特性的仿真研究

为研究海洋资料浮标的水动力特性,建立了频域内的运动微分方程,并基于势流理论,仿真了浮标模型在波浪中的运动,与模型水池试验结果进行比较,发现在共振区域内仿真结果的误差较大。为提高仿真精度,利用模型的横摇衰减试验,获得了浮标模型的阻尼系数,并对仿真模型的阻尼矩阵进行修正。修正后的仿真结果与试验结果对比,仿真精度大为提高,平均误差不超过3%,满足工程应用的要求。     

双体船稳性衡准中的横摇角公式

根据不同船型的６艘双体船在静水和规则波２浪中的模型横摇试验，得到了频率响应曲线、横摇阻尼及船舶自摇周期．讨论了片体间距、舭龙骨面积及排水量－宽度比等参数对双体船横摇角的影响，从而给出了计算双体船横摇角及其周期的公式．     

应用路径积分法求解船舶横摇倾覆概率

通过对船舶非线性横摇运动进行分析,建立了船舶横摇运动的非线性微分方程.以路径积分法(PIS)为基础,在时间域内求解相应的二维Fokker-Planck方程,得到随时间演变的船舶横摇运动的转移概率密度.运用首次通过理论,求得船舶倾覆前时间的概率分布.研究了外部激励、横摇阻尼和非线性复原力矩对船舶横摇运动转移概率密度与首次通过时间的影响.研究结果表明,PIS能用于预测船舶首次通过时间概率分布,从而为船舶设计和稳性衡准提供相关的参考.
     

基于重叠网格的C11集装箱船自由衰减横摇模拟

为研究C11型集装箱船的大幅横摇阻尼,基于STAR-CCM+软件平台,使用重叠网格技术和流体体积函数(VOF)方法,通过求解纳维-斯托克斯方程,对该船零航速和有航速下自由衰减横摇运动进行数值模拟.数值模拟结果表明:湍流模型、运动方程约束自由度设置情况、初始横摇角释放时间等对横摇结果影响较大;使用k-epsilon湍流模型、放开6自由度、待流场稳定后释放船模所得的计算结果与试验值符合较好.     

双体船稳性衡准中的横摇角公角

根据不同船型的６艘双体船在静水和规则波２浪中的模型横摇试验，得到了频率响应曲线、横摇阻尼及船舶自摇周期。讨论了片体间距、舭龙骨面积及排水骨－宽度比等参数对双体船横摇角的影响，从而给出了计算双体船横摇角及其周期的公式。     

基于Lyapunov稳定性的船舶参数激励横摇非线性简捷鲁棒控制

为减小参数激励带来的不利因素,需要非线性鲁棒控制器对系统稳定性进行控制.为简化船舶参数横摇非线性控制器设计过程,通过构建Lyapunov能量函数,将设计步骤由2步变为l步,减少了控制器参数的整定数量,避免了非线性控制律对消系统的非线性项.仿真结果表明,采用以上方法设计的非线性简化控制器对于消除船舶参数横摇系统的大幅横摇十分有效,并且具有一定的鲁棒性.     

舰船横摇垂荡非线性耦合的动力不稳定区域

研究了横摇和垂荡非线性耦合情况下的动力不稳定区问题,在船舶顶浪情况下,采用约束参数法分别对非线性耦合和线性耦合的方程进行了稳定性分析,得到稳定区域传递曲线方程。用龙格－库塔数值积分方法分别对此两类方程选择多种类型参数值进行摇摆响应分析,观察到横摇回复运动、周期稳态运动、以及混沌和倾覆等现象,验证了理论分析的结果,理论与数值分析表明,横摇和垂荡的非线性耦合对于船舶摇摆是不可忽略的非线性因素,采用约束     

基于小波理论的舰船非线性横摇运动特性分析

探索采用小波分析方法研究船舶在波浪中非线性摇摆运动的动力学特性．对在几种不同的典型波浪参数情况下,得到的船舶在波浪中非线性摇摆的响应,进行小波变换．利用小波变换所特有的时频窗,可以同时在时域和频域中研究船舶横摇响应的模图和相图．通过分析所得模图和相图的典型特征,得到舰船非线性横摇幅值和频率等动力学特性．且小波变换适应不同频率的窗口特性具有更好的分辨率,可以获得更多的横摇运动响应特性信息．研究表明,小波分析在非线性横摇运动动力学特性分析的研究中是可行的,可以加强对船舶横摇非线性复杂动力学特性的分析能力．     

STF切片理论的实用数值计算方法改进

根据STF切片理论,建立船舶在斜浪规则波下直航运动的五个自由度耦合方程,并考虑航速及球鼻艏对水动力系数的影响加以修正.此外,针对原计算公式中横摇阻尼系数项不考虑流体黏性的问题,引入Ikeda半经验公式对该项进行非线性修正,采用辛普森积分法和四阶龙格-库塔微分法分别对船舶水动力系数和各自由度随时间历程的变化进行数值计算.以Wigley系列船型和某教学实习船为例,将水动力系数、波浪扰动力及力矩和各自由度运动幅值与相关试验值、其他文献结果以及商业软件数值仿真结果对比.结果表明,经过非线性修正后,横摇运动响应结果与商业软件数值仿真结果更加逼近,其他自由度的运动响应结果与对应的试验值和其他文献结果也都较为吻合,证明了本文计算方法的可行性,且具有一定的实用价值.     

反步鲁棒镇定及其在舵减横摇中的应用

运用反步法的思想,结合自适应方法和鲁棒控制方法,为一类具有未知或不确定参数以及能量有限扰动的非线性系统设计了易于实现的标量控制;讨论了渔政船1500HP在小风浪作用下产生的弱混沌横摇运动,并将标量舵力矩控制律运用于舵减横摇鲁棒控制.仿真验证结果表明：加入舵减摇控制后,船舶抑制海浪扰动的能力较强,控制收敛的速度较快,并且不存在超调,船舶抑制横摇的过程比较平稳,有利于减摇过程中船上人员和设备的安全.此外,控制器的设计过程基于非线性时域模型,可以应用在其他类型船舶的舵减摇设计中.     

基于小波变换理论的船舶横摇运动分析与预测

为获得横摇运动在不同时间尺度下的演变规律,提出基于小波变换(WT)理论进行船舶横摇运动非线性时间序列分析与预测的方法.通过小波变换对横摇运动时间序列进行多分辨率分析(MRA),将原序列分解为多个相对简单的准周期信号,对信号的趋势项、周期项和随机项进行分离,并采用人工神经网络(ANN)模型对上述准周期信号进行预报和集成.仿真结果表明:该方法有效提高了预报长度,并可获得较高建模及预报精度.     

热带轧机支撑辊辊型曲线的影响因素

在采用影响函数法分析四辊轧机轧辊弹性变形的基础上,以某1 250 mm热带轧机为对象,研究了四辊热带轧机支撑辊辊型曲线各种影响因素对辊间压力及带钢出口凸度的影响规律,为支撑辊辊型曲线优化设计提供了重要的理论依据.研究结果表明:倒角长度、倒角高度、倒角类型以及辊身凸度均对辊间压力分布和带钢出口凸度具有较大的影响,在进行辊型曲线优化设计时应根据现场实际选择合适曲线类型和参数范围,同时保证轧机的凸度控制能力满足生产要求.     

船舶参数激励横摇运动研究综述

为避免参数激励导致船舶出现不稳定横摇,提出有效抑制参数横摇的方法.分析参数激励引起的大幅横摇运动的动力特性,从船舶非线性耦合运动、横浪运动、纵浪上参数激励运动和波浪上参数与波浪联合激励运动方面,对目前研究现状及取得的主要成果进行综述,对船舶参数激励横摇运动及其倾覆机理的研究前景进行展望.