潮流作用下单锚泊船偏荡运动的仿真研究

论文摘要

锚泊偏荡对于船舶造成的危害,已为大众所了解。其中大风引起船舶的偏荡现象更为广大航海人员熟知。事实上,因潮流引起的偏荡现象也时常发生,由于强流中的剧烈偏荡运动而导致的后果也非常严重,所以,研究流中锚泊船的偏荡运动规律,为驾驶人员安全锚泊提供参考依据,具有非常现实的意义。通过对船舶运动数学模型的研究,用于描述流中锚泊船运动的现有低速、大漂角的水动力模型存在一定的局限性。鉴于此,本文采用MMG建模的思想,对几种低速域、大漂角水动力模型的仿真结果进行比较后,确定以芳村的低速域、大漂角水动力模型为基础,加入浅水修正,建立了相对可行的单锚泊船偏荡运动的数学模型,并用四阶龙格—库塔法对操纵运动方程进行解算。利用MATLAB语言开发了操纵运动仿真平台,对锚泊船的偏荡运动进行了模拟仿真,仿真结果表明本文所建立的模型是合理的。在对仿真结果进行分析比较后,得出不同流速、不同出链长度和不同载况对船舶偏荡运动的影响。本课题的研究,对流中锚泊船偏荡运动数学模型的建立进行了初步探索,为今后建立更为完善的流中锚泊船偏荡运动数学模型提供了方法,研究的结果可为船舶驾驶人员采取措施、保证船舶在强流中安全锚泊提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题依据
• 1.2 锚泊问题的研究现状
• 1.2.1 模型试验
• 1.2.2 实船试验
• 1.2.3 数学模型的发展过程
• 1.2.4 现有模型的评价
• 1.3 本文的研究内容
• 第2章 偏荡运动数学模型
• 2.1 船舶平面运动坐标系和运动方程
• 2.1.1 船舶平面运动坐标系
• 2.1.2 船舶平面运动方程
• 2.1.3 锚泊偏荡运动方程
• 2.1.4 关于量纲的无因次化
• 2.2 裸船体上的流体动力和力矩
• 2.2.1 惯性类流体动力及力矩
• 2.2.2 粘性类流体力及力矩
• 2.3 舵的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 作用于船体上的外力
• 3.1 锚链力及其力矩
• 3.1.1 庄司邦昭算法
• 3.1.2 迭代法
• 3.1.3 静态悬链线法
• 3.2 流作用力及其力矩
• 3.2.1 定常流中运动学关系
• 3.2.2 流压力和流压力矩
• 3.3 本章小结
• 第4章 偏荡运动的仿真及分析
• 4.1 计算机实现
• 4.1.1 MATLAB6.5仿真平台简介
• 4.1.2 程序流程图
• 4.2 偏荡运动的仿真
• 4.2.1 偏荡运动中各状态变量的历时曲线
• 4.2.2 流速对偏荡运动的影响
• 4.2.3 链长对偏荡运动的影响
• 4.2.4 载况对偏荡运动的影响
• 4.3 偏荡运动中锚和锚链的受力分析
• 4.3.1 锚的受力和锚的运动
• 4.3.2 锚的抓力和锚链的水平张力比较
• 4.4 偏荡运动的抑制措施
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表论文
• 致谢
• 研究生履历