关于m-项及三维船舶在波浪中运动的一种数值计算方法
波浪作用下系泊船舶运动计算
L
L
∫ ∫ B64 = ξb24 dξ; B66 = ξ2 b22 dξ
L
L
其中 bij 为二维阻尼系数 ,可以采用 Lewis 剖面
法 、Frank 源汇分布法 、多参数保角变换法 、简单格林
函数法[18 ] 等求解
,
B
3 44
为三维非线性横摇阻尼
,详见
本文 2. 4 节 。
(4) 恢复力系数 Cjk
波浪 - 系缆 - 船舶三者的耦合作用机理十分复 杂 ,包含了大量的非线性效应 ,要在严格意义上对其 进行数值模拟目前来看几乎是不可能的 。并且 ,本文 关于船舶运动的各种讨论都是在频域中进行的 ,而要 想准确地计算三者的耦合运动响应 ,则必须采用时域 方法 。考虑到本文的目的只是求解出透空式码头前 波浪作用下船舶的运动幅值 ,因此可在一定的简化假 定条件下对此问题进行讨论[8] 。
关 键 词 : 船舶运动 ; 波浪 ; STF 法 ; 透空式码头 ; 简单格林函数 中图分类号 : U661. 1 文献标识码 :A
The calculation of wave2induced motions of berthed ship
J IAN G Xue2lian , L I Yan2bao
文章编号 :100024874 (2005) 0620793209
波浪作用下系泊船舶运动计算 3
蒋学炼 , 李炎保
(天津大学建工学院 ,天津 300072)
摘 要 : 港内船舶泊稳条件是港口设计中的一个决定因素 。但到目前为止 ,国内外港口工程设计规范对港内泊稳标准 无统一规定 。由于波浪引起的船舶运动与波周期 、波高及船舶频率响应特性等因素密切相关 ,因此不能单一地以波高或船舶 运动量作为泊稳标准 。本文讨论了将 STF ( Salvesen2Tuck2Faltinsen) 法与简单格林函数法结合计算透空式码头前的船舶运动 特性 ,试图为此问题提供一种解决工具 。与其它文献 、试验数据的比较表明 ,本文计算值吻合良好 。
波浪中船舶大幅度横摇运动稳性变化的理论计算方法
.
图 2 波浪影响下没有横倾时的横剖段吃水
图 1 坐标系
( 1 ) 空间固定坐标系 OX YZ 用来描述波浪的运 η ζ 动 , 所以又可以写成 Oξ . ( 2 ) 随船运动坐标系 Gxyz, Gxy 平面为船舶的 静水面 . ( 3 ) 惯性坐标系 ox1 y1 z1 固定在船上 , 当船处于 静平衡位置时与 Gxyz重合 , z轴通过重心 G 向上 .
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上 海 海 事 大 学 学 报 的理论
如果把作用在船体表面上的压力梯度用某一深
1 度处 ζ=ζ T0 ) , 则 s 的值来代表 (本文取 ζ = 2 ζ dp -k ξ - ω t) } =ρ g{ 1 + ake s co s ( k ξ d
( 6)
由于横摇运动是非对称的 , 船舶左右舷吃水并 不相同 , 所以不能以简单的吃水来衡量 . 在此引入 1 [4 ] 个概念 — — — 浸深 , 船舶瞬时横截面浸水面积与当 时船舶在波浪中的吃水 、 船与波的相对位置以及横 倾与纵倾等因素有关 . 设横倾水线与船型交点为 zp 和 zs , 本文中称之为船舶左舷和右舷的浸深 , 它们是 纵倾角 θ , 横摇角 φ和瞬时吃水的函数 . 那么在 zp 和 zs 以及船舶姿态参数 θ ,φ和瞬时吃水都已知的情况 下 , 恢复力矩由 ( 8 ) 式提供 . 求解 ( 8 ) 式的关键是求
图 2 中 , T0 为没有发生纵倾及无波浪影响时该 横剖面的平吃水 ;δ T 为波浪和纵倾影响后的该横剖 面的吃水 变化 量 , 其 值为 : δ T =ζ (ξ , η, t ) +ζ G + ) . 该横剖面在波浪及纵倾影响后的瞬时吃水 x tan (θ θ ) ( 3) T ′= T0 +ζ(ξ ,η, t) +ζ G + x tan ( 其中 ,ζ(ξ ,η, t) 可以通过式 ( 1 ) 计算得出结果 . 求取横剖面瞬时吃水后就能根据船舶资料给出 的型值表 , 运用内插法求出该微小横剖面的面积 , 最 后利用梯形法则求出船舶在波浪中的排水体积 .
船舶强度与结构设计_授课教案_第一章 船舶静置在波浪上的外力计算
第一章 船舶静置在波浪上的外力计算§1-1 概述一、 一、 计算模型（船体梁响应、工程梁响应、带支座的船体梁模型、不带支座的船体梁模型）⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧中垂中拱坦谷波浮力压载满载重量船舶载荷)( ⎩⎨⎧中垂中拱船体梁响应船在静水中处于平衡位置时，必需满足两个条件：作用在船体上的浮力等于船的重量；重心和浮心在同一铅垂线上。
（符号与坐标的选择）。
二、 二、 求解思路q(x)=w(x)-b(x)按梁的弯曲理论ZI M=σ式中M —计算断面上的弯矩；I —船体断面相对水平中性轴的惯性矩；Z —计算应力点至中性轴的距离。
§1-2载荷与剪力、弯矩的基本关系一、平衡关系式Z I M =σ⎰=L dx x w W 0)(⎰⎰⋅=L Lgdxx w dxx w x x 0)()(⎰=Ldxx b B 0)(⎰⎰⋅=L Lbdxx b dxx b x x 0)()(⎰⎰=LLdxx b dx x w 00)()( ⎰⎰=L Ldxx xb dx x xw 0)()()()()(x b x w x q -=⎰=Ldxx q x N 0)()(⎰⎰⎰==L LL dx x q dx x N x M 02)()()(b(x)（浮力曲线）w(x)（重量曲线）二、外力求解的代数和。
2、平面任意力系的合力对作用而内任一点的矩等于力系中各力对同一点的代数和。
（合力矩定理）§1-3重量分布估算一、重量分类船体重量是由空载重量和货物重量共同组成的，因此可用空载重量曲线和货物重量曲线组成各种给定装载状态下的船体重量曲线。
二、重量曲线的绘制空载重量曲线如何绘制？货物重量曲线如何绘制？三、重量、重心的数值估算§1-4浮力分布估算一、 一、 浮力成因二、 二、 邦戎曲线与浮力曲线 三、三、 纵倾调整首吃水：R x x x Ld d b g f m f --+=)2( 尾吃水：R x x x Ld d b g f m a ---=)2(注意到实船的R 》KB ，故在上式中近似取R -KB ～R 。
船舶操纵运动波浪力计算
船舶操纵运动波浪力计算2.1 不规则波入射力计算模型依据概率统计理论，不规则波的波面可以看作是由一系列具有不同的频率、波数、波幅、传播方向以及随机分布初相位角的规则波叠加而成。
在实际应用中寻求海浪的统计特性，通常采用“波能谱”的概念来描述海浪。
海浪形成的过程是风把能量传递给水的过程。
这一过程大致可分为两个阶段，第一阶段为波浪生长阶段，当风最初作用于海面上时，海面开始出现较小的波，随着时间的增长，风不断地把能量传递给水，波浪越来越大，显然这一阶段海浪是比较复杂，其统计特性随时间不断变化，这一阶段的海浪描述描述相当复杂。
但是，当波浪渐趋稳定时，波的能量达到一定值，其统计特征基本上不随时间变化，为了这一阶段海浪的数学描述，应用波谱密度函数，从大量观察分析结果表明海浪以及船舶在波浪中的运动等均属于狭带谱的正态随机过程，因此基于以下假设：1．波浪为弱平稳的、各态历经的、均值为零的正态(高斯)随机过程。
2．波谱的密度函数为窄带。
3．波峰(最大值)为统计上独立的。
由波的方向性谱密度，不规则波的波面可用下列随机积分表示来描述：⎰⎰-∞+-+=220),(2)],()sin cos (cos[),,(ππςθωθωθωεωθηθξηξςd d S t k t （2-1）其中，),(θωςS 为波谱密度函数，表示了不规则波浪中各种频率波的能量在总能量中所占的份量。
仅考虑波沿主浪向运动的情况，并将式（2-1）转化为随船坐标系下表示为：⎰∞+--=0)(2)]()sin cos (cos[),,(ωωωεωμμςςd S t y x k t y x e （2-2）为了方便计算，将波能谱密度函数进行离散，用求和形式代替上式的积分如下：∑=+--∆=ni i ei i i t y x k S t y x 1])sin cos (cos[)(2),,(εωμμωωςς （2-3）其中，相位角i ε可视为均匀分布在（0，2π）区间内的随机变量。
关于m-项及三维船舶在波浪中运动的一种数值计算方法
关于m-项及三维船舶在波浪中运动的一种数值计算方法谢楠;Dracos VASSALOS
【期刊名称】《船舶力学》
【年(卷),期】2012(016)009
【摘要】文章提出一种基于Rankine源分布的三维船舶运动数值计算方法.该方法可求解定常及非定常的船舶兴波势流场.自由表面条件利用迭模解进行线性化,而物面条件中包含了m-项.由于m-项是定常速度势的物面二阶导数,数值计算有一定困难.文中使用一种直接数值差分方法计算m-项.文中也提出一种满足远方辐射条件的数值差分方法.船舶的下沉和纵倾则通过迭代求解稳态兴波问题获得,从而确定船舶在有航速时的湿表面再进行耐波性计算.该方法的计算与现有模型试验进行了比较,结果令人满意.
【总页数】9页(P971-979)
【作者】谢楠;Dracos VASSALOS
【作者单位】Saipem Ltd., Surrey, UK;University of Strathclyde, Glasgow, UK 【正文语种】中文
【中图分类】U661.3
【相关文献】
1.波浪中船舶大幅度横摇运动稳性变化的理论计算方法 [J], 张寿桂;李子富
2.关于船舶在波浪中操纵运动计算方法的一个评注 [J], 范佘明
3.斜波中的船体运动,波浪载荷在时域中的非线性数值计算方法的研究 [J], 王绍鸿
4.在时域中求解非线性船舶运动及波浪载荷的数值计算方法和程序 [J], 陈超核
5.排水量型船舶在波浪中阻力和运动数值模拟 [J], 王炳亮
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基于三维辐射能量法的船舶波浪增阻计算分析
基于三维辐射能量法的船舶波浪增阻计算分析洪亮1,朱仁传1,缪国平1,董国祥2(1.上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,海洋工程国家重点实验室,高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海200240;2.上海船舶运输科学研究所,上海200135)摘要:船体辐射运动是航行船舶波浪增阻的主要原因。
文章基于频域势流理论推导出三维有航速船体辐射能量的具体表达式,其中流体运动速度势的计算采用了移动脉动源格林函数法,进一步根据获得的船体水动力系数和运动计算出航行船舶辐射运动引起的波阻增加,并与基于切片理论的现有方法进行了比较。
对Wigley III 、S175集装箱船及某型油船三类不同船型在不同航行工况下的波阻增加进行了详细的计算分析。
研究表明三维辐射能量法相较于基于切片理论的方法具有更好的准确性和适用性,为船舶波阻增加的预报提供了快速有效的手段。
关键词:移动脉动源;三维辐射能量法;阻力增加;频域中图分类号:U661.22文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1007-7294.2018.07.004Calculation and analysis of added resistance of ships in waves by 3D radiation energy methodHONG Liang 1,ZHU Ren-chuan 1,MIAO Guo-ping 1,DONG Guo-xiang 2(1.State Key Laboratory of Ocean Engineering,Collaborative Innovation Center for Advanced Ship and Deep-Sea Exploration,School of Naval Architecture,Ocean and Civil Engineering,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,China;2.Shanghai Ship and Shipping Research Institute,Shanghai 200135,China)Abstract :The radiation motion of ships advancing in waves is the primary cause of added wave resistance.In this paper,3D expression of radiation energy of ship hull with forward speed is derived.3D translating and pulsating source is used to obtain velocity potential of flow field and then added resistance due to ra ⁃diation motion of ship is calculated by the radiation energy principle based on 3D hydrodynamic coeffi ⁃cients and ship motions.Some results from existing methods based on strip method are shown for compari ⁃son.Added wave resistances of Wigley III hull,S175containership and a tanker with various forward speed are carried out and analyzed in frequency domain.The numerical results are validated for the models by comparing them with experimental data.The present method provides a rapid and efficient approach to predict added resistance of ships in waves.Key words:translating and pulsating source;3D radiation energy method;added resistance;frequency domain0引言船舶在波浪中航行时,船体所受到的阻力和船舶所需的动力相对于静水中的情况会有所增加,这文章编号:1007-7294(2018)07-0807-11收稿日期:2018-02-26基金项目:973计划资助项目(2014CB046203)作者简介:洪亮(1987-),男,博士研究生;朱仁传(1969-),男,教授,博士生导师,通讯作者,E-mail :renchuan@ 。
CFD数值模拟船舶在波浪中的回转操纵运动
CFD数值模拟船舶在波浪中的回转操纵运动王建华;万德成【摘要】[目的]船舶回转操纵运动能够反映出船舶的回转特性,与船舶的航行安全密切相关.[方法]为此,采用基于重叠网格技术的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,对标准船模ONRT在波浪中自由回转操纵运动进行直接数值模拟.运用动态重叠网格技术求解船、桨、舵系统复杂运动,计算中,螺旋桨转速对应于静水中的船模自航点进行35°转舵,实现自由回转船舶操纵运动.通过全粘性流场的整体求解,给出波浪中自由回转操纵运动中船舶六自由度运动、螺旋桨和舵的水动力载荷变化,以及波浪中船舶的回转圈特征参数,并与同试验结果进行对比.通过数值计算得到精细的流场信息,分析波浪对船舶自由回转操纵运动的影响.[结果]数值预报得到的船舶运动轨迹、回转圈参数与试验值吻合较好,证明naoe-FOAM-SJTU求解器对于波浪中船—桨—舵相互作用下的船舶自由回转操纵运动数值预报的适用性和可靠性.[结论]船舶回转操纵运动的数值模拟,可为回转性能的评估提供有效的前期评估手段.【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2019(014)001【总页数】8页(P1-8)【关键词】船舶操纵性;自由回转;船—桨—舵相互作用;naoe-FOAM-SJTU求解器;重叠网格方法【作者】王建华;万德成【作者单位】上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海200240;高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海200240;上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海200240;上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海200240;高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海200240;上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海200240【正文语种】中文【中图分类】U661.330 引言船舶操纵运动可以反映出船舶在航行过程中的机动性、回转特性和航向的纠偏能力。
操纵性能的优劣与船舶的航行安全和能耗息息相关，其重要性不言而喻。
规则波浪中舰船不规则摇荡运动计算分析
规则波浪中舰船不规则摇荡运动计算分析在海洋中，规则波浪可导致船只发生不规则摇荡运动，给航行带来诸多不利影响。
科学计算这种不规则摇荡运动是当前海事研究领域的热点问题之一。
本文将从海浪力学的角度出发，介绍规则波浪中舰船摇荡运动的计算方法及其分析。
首先，为了描述海浪在舰船上的作用，我们需要利用流体动力学的基本原理。
在航海中，舰船可以被视为一个具有质量、惯性和阻尼特性的物体，而波浪则被视为一种外部对舰船的作用力。
根据牛顿第二定律，舰船所受到的总力等于它的质量乘以加速度。
因此，了解舰船所受到的不同力对其运动的影响至关重要。
接下来，我们将介绍一种常用的舰船摇荡运动计算方法——Froude-Krylov算法。
该算法基于线性波浪理论，将舰船运动分解为横荡和纵荡两个方向的运动。
具体地说，我们利用舰船的浸水部分和波浪的作用力，构建一个横向荡动和一个纵向荡动的方程组，然后通过求解这个方程组，得到舰船的摇荡运动。
在Froude-Krylov算法中，横向荡动和纵向荡动的解耦性保证了运动系统的稳定性。
同时，我们可以通过改变船体的参数和波浪的频率和振幅来模拟不同的运动模式，这使得我们能够更加深入地研究规则波浪对舰船运动的影响。
总的来说，规则波浪中舰船摇荡运动的计算分析是一项有挑战性的任务，需要集成多个学科领域的知识和技能。
通过运用流体力学、数值计算和实验研究等手段，我们可以更好地理解规则波浪对舰船的作用及其机制，同时为海洋交通运输行业的发展提供科学依据。
在计算规则波浪中舰船不规则摇荡运动时，涉及到多项数据和参数。
下面将列举一些典型数据及其分析。
1. 船体参数：船型、船长、船宽、吃水、载重等船体参数对舰船的运动特性有重要影响。
一般来说，船身细长的船更容易受到波浪的影响，发生摇荡运动。
而短且宽的船则相对稳定。
此外，吃水、载重等也会影响舰船的浮力和稳定性。
2. 海浪参数：波高、波长、周期、入射角度等海浪参数决定着波浪对舰船的影响程度。