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谱和长周期波浪对系泊船舶作用

收藏本文 2024-01-27 点赞:23341 浏览:106127 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:系泊船舶运动是港口设计和运营历程中的重要不足,泊位作业时间、船舶装卸生产效率及安全与系泊船舶运动密切相关。系泊船舶运动不仅受多种环境动力因素的耦合影响,还与船舶自身的运动响应特性有关。对于大型开敞式码头,亟待解决谱波浪(混波浪)、长周期波浪、脉动风等诸因素作用下系泊船舶运动响应不足。本论文以物理模型试验为主,结合数值模拟计算的策略,对上面陈述的亟待解决的不足进行了较为系统的探讨。长周期波浪(试验波浪周期范围:10-50秒)作用下系泊船舶物理模型试验结果表明:船舶某运动分量的动力放大响应与船舶在该分量上的固有周期密切相关(同时自然与船舶载量有关),但与波高联系不大。在试验范围内:●纵移运动分量随周期增加而增大;纵移分量发生动力放大时的波浪谱峰周期与船舶纵移的固有周期接近。●横移运动分量随周期增加而增大;同时横移运动分量出现数次动力放大(横移运动分量出现数次峰值)。●升沉运动分量随周期增加而略有增大;当波浪谱峰周期大于30s后,试验条件下船舶升沉运动分量可维持在一定数值上保持基本稳定(不再增加),其运动幅值与作用波高值大体相当。●横浪作用下,纵摇运动分量基本不随波浪谱峰周期增加而变化。●横摇运动分量也出现多次动力放大,但多次动力放大时横摇运动分量幅值基本相同。●回转运动分量随波浪周期的增大逐渐增大,回转运动分量出现动力放大时的波浪周期与对应的船舶回转固有周期基本一致。谱波浪(试验谱峰周期:高频(风浪)6s;低频(涌浪)12-24秒)作用下系泊船舶物理模型试验结果表明:●三种不同类型谱波浪作用下,系泊船舶运动随低频谱峰周期增大的变化规律相同;并且这种规律与长周期波浪作用下系泊船舶运动随谱峰周期的变化规律相同。●谱波浪总能量一定时,系泊船舶运动量和缆绳张力都随着低频能量所占总能量比例的增加而增大。●试验范围内(谱波浪的高频谱峰周期6s;低频谱峰周期12-24秒,低频能量比例20%-80%,横浪作用)、波浪总能量相同,谱波浪作用下系泊船舶运动响应远大于单峰谱(风浪)作用下系泊船舶运动响应;谱波浪与风浪作用下系泊船舶运动量的差值随着低频能量占总能量比例的增大而增大。●试验范围内(谱波浪的高频谱峰周期6s;低频谱峰周期12-24秒,低频能量比例20%-80%,横浪作用)、波浪总能量相同时,谱波浪与长周期波浪作用下系泊船舶运动量之间的比值随着低频能量的增大而增大。●混合浪高频波浪条件一定时,(除纵摇运动分量外)系泊船舶运动量和缆绳张力随着谱波低频能量的增大而增大。●混合浪低频波浪条件一定时,(除纵摇运动分量外)系泊船舶运动量和缆绳张力随着谱波浪高频能量的增大而略有增大。脉动风(试验风速:8.5-21.4m/s)对系泊船舶作用物理模型试验结果表明:●低于6级(14m/s)的风,风对系泊船舶无显著作用,风速超过6级后,船舶运动开始逐渐显著。故6级风可作为船舶“启动风速”●8级(17-20m/s)横向吹开风对船舶的作用,对横移运动分量而言,大体相当于有效周期7秒、波高1.5-2m横向风浪的作用。●对载重处于压载状态的系泊船舶,风速大于6级后,随着风速的增加,缆力增大很快。数值模拟计算结果表明:●本论文建立的系泊船舶运动和动力响应模型计算结果与试验结果吻合较好,可以用于实际计算。●低频能量占总能量为20%时,高频谱峰周期变化对系泊船舶运动(纵摇运动除外)和缆绳张力的影响较大;随着低频能量所占比例的增加,高频谱峰周期的变化对系泊船舶运动和缆绳张力的影响逐渐减小。关键词:系泊船舶论文模型试验论文谱论文长周期波浪论文脉动风论文运动响应特性论文

    摘要4-6

    Abstract6-12

    1. 绪论12-30

    1.1. 探讨的背景和作用12-16

    1.2. 系泊船舶面对的动力环境16-20

    1.2.1. 海浪16-19

    1.2.2. 风19-20

    1.2.3. 流20

    1.3. 系泊船舶运动响应影响因素20-27

    1.3.1. 系泊船舶运动特点参数20-21

    1.3.2. 系泊系统的影响21-23

    1.3.3. 环境动力的影响23-27

    1.4. 系泊船舶运动响应的数值计算策略概述27-28

    1.5. 有着的主要不足及本论文主要工作28-30

    1.5.1. 有着的主要不足28-29

    1.5.2. 本论文主要工作29-30

    2. 长周期波浪作用下船舶系泊试验探讨30-64

    2.1. 模型试验30-43

    2.1.1. 试验设备和测量仪器30-33

    2.1.2. 模型设计33-39

    2.1.3. 试验条件及波浪的模拟39-41

    2.1.4. 测试内容和策略41-43

    2.2. 试验结果浅析43-62

    2.2.1. 系泊船舶运动方向的定义43

    2.2.2. 系泊船舶运动响应的时间历程43-48

    2.2.3. 系泊船舶运动量48-59

    2.2.4. 缆绳张力59-62

    2.3. 本章小结62-64

    3. 谱波浪(混合浪)作用下船舶系泊试验探讨64-190

    3.1. 谱波浪的模拟64-71

    3.1.1. 试验组别64-67

    3.1.2. 波浪的模拟生成67-71

    3.2. 谱波浪作用下系泊船舶运动71-105

    3.2.1. 风浪为主(风浪能量的比例为80%)时71-83

    3.2.2. 风浪、涌浪的能量各为50%时83-94

    3.2.3. 涌浪为主(涌浪能量的比例为80%)时94-105

    3.3. 高、低频能量比例变化对系泊船舶运动影响浅析105-126

    3.3.1. 对系泊船舶运动的影响105-123

    3.3.2. 对缆绳张力的影响123-126

    3.4. 混合浪与风浪作用下系泊船舶运动比较探讨126-151

    3.4.1. 风浪为主时126-133

    3.4.2. 风涌相当时133-140

    3.4.3. 涌浪为主时140-151

    3.5. 混合浪与长周期波浪作用下系泊船舶运动比较探讨151-174

    3.5.1. 风浪为主时151-158

    3.5.2. 风涌相当时158-165

    3.5.3. 涌浪为主时165-174

    3.6. 混合浪低、高频能量变化对船舶运动及系缆力影响浅析174-188

    3.6.1. 低频能量逐步增加时174-181

    3.6.2. 高频能量逐步增加时181-188

    3.7. 本章小结188-190

    4. 脉动风作用下船舶系泊试验探讨190-222

    4.1. 试验设计190-196

    4.1.1. 风生成设备和测量仪器190-191

    4.1.2. 模型设计191-196

    4.2. 脉动风场的模拟196-200

    4.2.1. 风场的有效区域196-197

    4.2.2. 脉动风的模拟197-200

    4.3. 试验结果浅析200-220

    4.3.1. 脉动风作用下LNG船舶运动响应的时间历程线200-203

    4.3.2. LNG船舶的“显著启动风速”203-205

    4.3.3. 风作用下船舶载量对运动量的影响205-209

    4.3.4. 风作用下船舶吨位(仓容量)对运动量的影响209-211

    4.3.5. 风速与缆绳张力的联系211-220

    4.4. 本章小结220-222

    5. 谱波浪作用下系泊船舶运动响应数值模拟探讨222-273

    5.1. 波浪与浮体相互作用的数学模型论述基础222-241

    5.1.1. 制约方程与初-边界条件222-225

    5.1.2. 边界元策略225-231

    5.1.3. 结构对称性的利用231-233

    5.1.4. 时间积分历程233-234

    5.1.5. 波浪力的计算234-236

    5.1.6. 浮体运动方程236-241

    5.2. 数值模型的验证241-245

    5.2.1. 漂浮方箱的水动力系数241

    5.2.2. 截断圆柱的水动力响应241-243

    5.2.3. 漂浮半球的受力和运动响应243-245

    5.3. 谱波浪作用下系泊船舶运动数值模拟探讨245-271

    5.3.1. 系泊船舶运动响应数值模型的建立245-246

    5.3.2. 船舶船体网格划分及水动力系数246-251

    5.3.3. 缆绳的模拟251-252

    5.3.4. 护舷的模拟252-253

    5.3.5. 谱波浪的模拟253-255

    5.3.6. 谱波浪作用下系泊船舶运动响应数学模型的验证255-259

    5.3.7. 高频风浪周期变化对系泊船舶运动影响的数值模拟探讨259-271

    5.4. 本章小结271-273

    结论273-277

    今后工作展望277-278

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