船舶随机纵浪中非线性横摇及倾覆机理研究

作     者：李红霞 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：唐友刚

授予年度：2005年

学科分类：08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：船舶横摇 随机波浪 参数激励 倾覆机理 

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30及定常风作用下发生50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300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。