工程船舶锚泊系统分析与应用

武汉理工大学硕士学位论文工程船舶锚泊系统分析与应用姓名：王丹申请学位级别：硕士专业：船舶与海洋结构物设计制造指导教师：刘家新20070501武汉理工大学硕士学位论文摘要工程船舶是从事各种工程技术业务的船，它需要经常的移位和定位，其锚泊系统的可靠性直接关系到其施工的安全性，而且锚泊系统具有投资少、使用、维修方便等特点，是目前主要采用的定位系统，所以对工程船舶锚泊系统的研究是很有必要的。要确定锚泊设备，首先要知道船舶所受的环境载荷，对于风力和流力的计算，已经很成熟，有很多经验公式可以利用，目前比较权威的算法是ＯＣＩＭＦ提供的算法，至于波浪力，目前还没有十分可靠的经验公式，而本论文的主要工作也不在此。对于锚泊定位系统而言，悬链线理论的应用是必不可少的，经常见到和用到的悬链线方程是在没有起锚角的情况下的悬链线方程，但工程中有时候用沉石代替锚，在水域收到限制的情况下会允许有一定的起锚角，本论文推导了在有起锚角的情况下的悬链线方程，并用以解决工程中的一些实际问题。本论文充分利用了悬链线方程，包括用悬链线方程对锚泊设备进行选型、用悬链线方程得知水深、水平外力、悬链张力等参数之间的变化关系、用悬链线方程计算工程船舶在移位过程中的收绳量等。在对工程船舶的锚泊系统进行静力分析时，本论文没有采用常规的静力分析法，而是引进了优化的思想，通过优化得到各锚绳的张力，以平衡风、流、浪的定常部分之和，在优化的基础上再考虑二阶慢漂力对锚泊系统的影响并进行静力分析，由于工程船舶的布锚一般是非对称的，静力分析时用的是非汇交力系中的分析方法。至于优化，是将ｍａｔｌａｂ的优化函数编译打包成ＣＯＭ组件，供ＶＢ程序调用来进行优化。

关键词：锚泊系统；悬链线方程：工程船舶；静力分析：ｍａｔｌａｂ：优化武汉理工大学硕士学位论文ＡｂｓｔｒａｃｔＷｏｒｋｉｎｇｓｈｉｐｉｓｔｈｅｏｎｅｗｈｉｃｈｉｓｅｎｇａｇｅｄｉｎｍａｎｙｋｉｎｄｓｏｆｐｒｏｊｅｃｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

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ＩＩ武汉理工大学硕士学位论文１．１引言第１章绪论

工程船舶一般为非动力船舶，其定位、移位均需拖船及抛锚艇协助作业，在一定海域内抛锚定位，操纵锚泊设备来实现船舶的精确定位，满足工程需要。船舶海上定位，通常受到３个力的作用，即船体水线以上部分所受的风力、船体水线以下部分所受的水流力、船体纵向和横向倾斜时所产生的惯性力。既要考虑风、浪、流载荷的影响，还要充分考虑施工区域的水深、周围环境及障碍物的影响。船舶设计者一般都是按照舾装数和使用经验来确定锚、及系泊设备，然而，对于许多工程船并不是简单在锚地抛锚，而必须在规定的工地、规定的海况下进行抛锚或作业。对于该类型的工程船，笔者认为用抓持力法来确定锚洎链的链长和链径更好，并应用悬链线理论和数值计算确定”１。悬链线锚泊系统，即传统展开式锚泊系统，具有悠久的使用历史。悬链线锚泊系统是在环境外力作用下提供水平回复力以保持系泊浮体定位的锚泊方式。系泊浮体由于外力作用离开原来位置的运动会导致锚泊线张力增大，提供更高的回复力。但是锚泊系统的展开回收需要专门的作业船，锚泊系统的重量占据了部分系泊浮体甲板可变载荷能力。上世纪７０年代以来，锚泊系统的研究可分为：１．工程设计方面——锚泊系统的展开回收、锚泊线的组成材料、锚泊系统的布置、锚的发展；２．理论研究方面——环境载荷、锚泊线的静动力分析、锚泊系统与系泊浮体之间的动力响应。其核心便是锚泊系统设计中存在锚泊线伸长的非线性、锚泊线几何非线性、环境条件与波浪载荷非线性、与海底接触非线性四大非线性问题的研究““。本论文在众学者研究成果的基础上，针对工程船舶的锚泊系统进行设计选型研究，并对其进行静力分析使其安全作业。武汉理工大学硕士学位论文１．２课题研究的目的和意义

在船舶种类中，工程船是一种船型多，用途广泛的船型。１９９８年修订的国标“工程船术语”的定义是：“工程船（ｗ０ｒｋｉｎｇ

Ｓ

ｈｉＰ）——从事航

道保证、港口服务、抢险救助、水域施工、水底开采、产品加工、船舶修理、疏浚挖泥等作业用船”。《船舶工程辞典》的解释是：“按不同工程技术作业的要求，装备各种相应的专用设备，从事各种工程技术业务的船。其类型繁多、设备复杂、专业性强、新技术、新设备应用较多且各具特色。”这充分突出了工程船型的开放性，反映了工程船不断发展的特征。工程船舶主要用于海上施工定位、起重、抛石、基槽打夯和疏浚等工程，一般为非动力船舶，由于其主尺度小、吃水浅和定位方便，受施工水域局限较小，作业范围大，用途较广，因此．在港口建设中有着举足轻重的作用。工程船舶一般为非动力船舶，其定位、移位均需拖船协助作业，在一定海域内抛锚定位，操纵锚泊设备来实现船舶的精确定位，满足工程需要。船舶海上定位，通常受到３个力的作用，即船体水线以上部分的风力、船体水线以下部分的水流力、船体纵向和横向倾斜时所产生的惯性力，既要考虑风、浪、流载荷的影响，还要充分考虑旌工区域的水深、周围环境及障碍物的影响。港内施工时，同一作业水域可能有几艘船舶同时施工，另外还有已安装或未安装的工程构件，周围环境复杂，如果出现船舶走锚、锚链破断，不仅影响工程工期、质量，严重时将造成船舶损坏、碰撞等事故。因此，锚泊设备在工程船舶施工中尤其重要…。受台风袭击时，工程船舶只能靠锚泊系统来抵抗风、浪、流对船舶的冲击，锚泊系统的好坏、锚位的选择、锚缆长度和锚缆走向等将直接影响船舶和人员的安全。可见，对工程船舶锚泊系统的研究是很有必要的，要让工程船舶安全作业，锚泊系统是一个关键环节。

１．３锚泊系统的研究和发展趋势

当前在船舶工程和海洋工程中，主要采用两种定位系统：锚泊定位系统和动力定位系统。由于锚泊系统具有投资少、可靠度高、使用、维修方便等特点，

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