带控制变量的非线性自回归滑动平均模型在锚泊线动力分析中的应用

根据带控制变量的非线性自回归滑动平均(NARMAX)模型理论,建立了锚泊线的系统模型.该模型在进行系统识别时,将锚链上端点的运动时历作为系统的输入,锚泊线张力时历作为系统的输出,识别后得到的系统表达式可以用来预报锚泊线张力的时历.将模型预报结果与原时历进行比较,结果表明,NARMAX模型预报效果良好.     

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.     

波浪中浮体运动的时域混合格林函数法

基于混合格林函数法,对浮体在波浪中的运动进行了时域模拟.通过假想的直壁控制面将流场分割成内域和外域,分别引入Rankine源和自由面格林函数并结合控制面上的连续条件,对初边值问题进行求解.利用开发的数值计算程序对圆柱形平台和S175船进行了计算分析,给出了时延函数、波浪力幅值和运动响应结果,通过与频域方法和试验数据对比,证明该方法对零航速和有航速水动力问题均适用,能有效解决外飘船型的数值发散问题,且具有更高的计算效率.     

一种对船桨干扰问题的黏势流耦合求解方法

基于黏性流计算流体力学(CFD)及势流理论,建立了一种黏流雷诺平均方程/面元法耦合迭代求解方法,对船桨相互作用问题进行了数值模拟.自由面的船体绕流场模拟应用CFD黏流方法,螺旋桨水动力载荷计算采用势流面元法.在黏性流场模拟中得到桨盘面处的总速度分布,减去螺旋桨诱导速度得到实效伴流速度并作为势流计算速度进口条件,螺旋桨效应以体积力的形式在黏性流场中体现.计算值与试验值的对比结果表明,黏势流耦合迭代求解方法能较好地预报船桨干扰问题,且较全域船桨离散化网格CFD求解船桨干扰的方法,计算量大为减少.该方法充分融合了黏势流方法的优点,既能计及黏性效应又能发挥势流快速准确的优势,能够拓展应用于船体及螺旋桨性能预报及设计优化的研究.     

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 悬 链 线 理 论 的 系 泊 系 统 势 能

为研究系泊系统在定位过程中的势能变化,使用悬链线公式,推导了3种常见系泊方式系缆的构形及张力分布.分析了下端点固定的单根锚泊线的重力势能和弹性势能随上端点位置的变化情况,对比了势能间接求导所得的水平张力与直接计算所得的水平张力,发现两者吻合良好,符合能量守恒定律,验证了势能计算结果的准确性.针对系泊系统由9根复合缆组成的深水平台,分析了其系泊系统势能随浮体水平位置的变化情况,比较了各浪向上的位移与回复力关系,发现其系泊性能在各个浪向上接近,对环境适应能力强.针对系泊系统破损的工况,计算得到了系泊系统势能分布图以及各浪向上的位移与回复力关系,发现使用势能分布法能全面有效地反映系泊系统的各个方向性能,具有重要的工程参考价值.     

铰接板的水动力计算与运动响应

用三维势流理论分析了两个铰接的单体在波浪的作用下所受的水动力和各自的运动响应,所用的格林函数自动满足自由面条件和底部边界条件,因此只需在物体平衡位置的湿表面布置源汇,给出了在横浪作用下两个单体的横摇和垂荡的响应曲线,计算与试验结果的比较表明,所采用的计算方法是合理的,可以为研究波浪中两物体的相互作用作参考。     

波浪中载液船舶运动的时域模拟

基于势流理论,采用切片法和脉冲响应函数方法实现船体时域运动,同时采用黏性流理论模拟计算舱内液体的非线性晃荡,进而建立了波浪中载液船舶耦合运动方程. 该方法考虑了波浪、船体、液舱晃荡之间的耦合作用,并结合船体内外流场特点分别采用了势流和黏性流理论,具有较高的计算效率. 研究结果表明：通过数值模拟计算和模型实验,数值模拟计算能够清晰显现液舱晃荡对船体全局运动影响,船体运动响应曲线与模型实验结果吻合良好.     

转塔式系泊生产储油轮低频纵荡运动阻尼实验

为研究转塔式系泊生产储油轮的运动特性,引入并分析了低频纵荡运动方程,通过具体模型分别在静水和规则波中的纵荡衰减试验,验证了低频运动阻尼力的存在及与缓变运动速度之间的线性关系,计算得到了二阶低频纵荡运动的粘性阻尼和波浪慢漂阻尼及其与波高平方之间的线性关系。     

时域分析波浪中浮体运动的时延函数计算

针对时域分析波浪中浮体运动的时延函数,分别采用直接时域法和频时域转换法进行了数值计算和比较研究.直接时域法理论统一、完善,但计算耗时;频时域转换法计算快捷,但受到频率范围的限制,数值处理存在误差.对无航速和有航速情况下的wigley型船以及圆柱形平台各模态的时延函数和阻尼系数分别进行了相互转换计算和对比,两种方法得出结果吻合良好,数值上证明了克拉梅尔斯-克罗尼格关系,表明计算时延函数的直接时域法和频时域转换法皆有效,频时域转换法在计算时间上具有较大的优势,更加高效和实用.在此基础上考察了船舶在有航速情况下频率共振引起的奇异现象,并就不同航速对时延函数结果的影响进行了讨论.