船舶在波浪中运动时域数值模拟研究

论文摘要

随着近年来我国海洋资源的开发和利用,船舶工业得到了不断的发展,一些新的船型开始不断出现,为了保证新设计的船型具有良好的耐波性能,船舶在波浪中的准确预报是进行合理的船舶结构设计的前提,于是寻求一种准确而实用的船舶运动及波浪载荷的预报方法具有重要意义。本文基于船舶运动频域理论拓展而来的时域方法建立了船舶运动的数值计算预报方法,通过建立的三维非线性时域运动方程就波浪中船舶运动进行了计算模拟研究。研究表明该方法可以用于预报船舶在规则波、不规则波中船舶垂荡、横荡、横摇、首摇、纵摇五个自由度的运动,可以预报分析船舶发生参数横摇的频率范围和幅度。以S175船为具体算例,计算了在迎浪状态下规则波中不同波浪频率S175船垂荡、纵摇的运动幅值,并预报分析了S175船发生参数横摇的频率范围和幅度,将数值计算结果与相关文献进行了比较,验证了本研究方法的有效性和可靠性。本文还研究了带液舱的船舶运动响应问题,考虑了液舱晃荡和船舶运动的耦合效应,以带方形液舱的S175船为具体算例,针对横浪和迎浪情况,比较了带液舱与不带液舱的船舶横摇和纵摇运动时历曲线。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本文研究的意义与背景
• 1.1.1 研究意义
• 1.1.2 船舶运动理论的研究背景
• 1.2 切片理论
• 1.2.1 拉普拉斯方程
• 1.2.2 自由面条件
• 1.2.3 物面条件
• 1.2.4 辐射条件
• 1.3 本文工作简述
• 第二章 船舶运动的频域理论及应用
• 2.1 船舶在波浪上运动的频域计算方法
• 2.1.1 坐标系统
• 2.1.2 船舶运动方程
• 2.2 船舶运动方程系数的求解
• 2.2.1 附加质量和阻尼系数
• 2.2.2 回复力系数
• 2.2.3 波浪干扰力
• 2.3 非线性横摇阻尼系数
• 2.3.1 兴波阻尼
• 2.3.2 船体摩擦阻尼
• 2.3.3 漩涡阻尼
• 2.3.4 上升力阻尼
• 2.3.5 舭龙骨阻尼
• 第三章 规则波中船舶时域运动模拟以及参数横摇现象的研究
• 3.1 船舶在规则波中的时域运动方程
• 3.2 船舶时域运动方程的求解
• 3.3 S175 集装箱船的算例分析
• 3.3.1 船舶在规则波中运动响应分析
• 3.3.2 迎浪规则波中船舶参数横摇现象的研究
• 第四章 不规则波中船舶时域运动模拟
• 4.1 随机海浪模拟
• 4.1.1 海浪研究的谱方法
• 4.1.2 Longuet‐Higgins 随机海浪模型
• 4.2 船舶在不规则波中的时域模拟
• 4.2.1 波浪干扰力（力矩）的模拟
• 4.2.2 船舶在不规则波中的运动响应分析
• 第五章 船舶在规则波中运动与液舱晃荡的耦合
• 5.1 液舱晃荡的理论分析及数值模拟方法
• 5.1.1 液舱晃荡的理论分析
• 5.1.2 液舱晃荡的数值模拟方法
• 5.2 船舶运动与液舱耦合实例分析
• 第六章 总结与展望
• 6.1 研究总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 上海交通大学学位论文答辩决议书