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原文传递波浪作用下双船耦合运动研究

论文题名：	波浪作用下双船耦合运动研究
关键词：	多船耦合运动;粘性流体;波浪载荷;转动惯量架
摘要：	近年来船舶越来越趋向于大型化、集约化设计，船舶的吨位与日俱增。当大型船舶发生事故时，单艘船舶由于吊力等原因往往无法满足作业要求，需要多船联合作业。同时，随着南海油气资源项目的开发利用，海上风电安装项目的普及，对于船舶之间的联合作业也提出了更高的要求。为了保证海上多船协同作业的工作效率，确保其安全性，需要对海上的多船作业时船舶之间的运动情况进行充分的研究。船舶数值模拟能有效预测船舶的运动情况，对实际工作过程中双船的运动预警。传统多船耦合运动模拟的研究往往是忽略流体的粘性作用，基于势流理论模拟船舶在波浪下的运动情况。随着计算机技术的开发和利用，基于N-S方程的粘性流体逐渐成为人们研究流体问题的一个方向。本文主要研究了了粘性流体下双船的运动情况，主要包括：　　（1）建立了二维数值波浪水池，模拟了二维数值水池下二阶Stokes波浪。基于结构化网格，划分了船舶周围流体区域，从而获得较高的模拟精确度，同时降低网格数量，降低计算资源。利用嵌套网格技术，解决了船舶在波浪作用下被动运动过程中，由于同时存在平移以及旋转而产生网格负体积的问题，实现了波浪-船舶-船舶的耦合运动模型。基于计算得出船舶的运动情况，构造了船舶运动的传递函数。　　（2）在二维模型的基础上研究了波浪载荷、工场布置对于双船问题的影响，模拟了船舶的靠泊过程，分析了靠泊速度对于船舶靠泊的影响。在二阶Stokes波浪下，在横浪下双船将呈现出周期性运动，且上游船舶的垂荡幅值较低，横摇幅值较高。双船在波浪中的幅值与双船的垂荡和横摇的幅值线性相关，波浪幅值的增加会增大双船之间的差值，但不会影响船舶的运动频率；而波浪的频率会改变船舶的运动频率，但是对于船舶的运动幅值会产生非线性影响。1.5倍船宽是双船之间相互影响极限值，在这个距离以下，双船之间的运动随着距离的增大向两个极端发展。双船靠泊过程中，船舶的速度越大，双船之间的运动反而更加简单，运动的幅值更小。　　（3）在二维波浪水池的基础上建立了三维波浪水池，研究浪向以及上浪对船舶运动的影响。三维结果由于拥有更多的自由度与二维结果之间存在着差异，差异的主要来源是船舶艏摇。横浪情况下，船舶横摇运动幅值最大，且最容易上浪，而斜浪情况下船舶的艏摇以及船艏偏转角度最大，上浪点位于上游船舶艏部和双船尾部。顶浪情况的船舶的纵摇幅值最大，而且双船的横摇会呈现相反的运动方式，船舶的艏部较为容易上浪，但是上浪程度较小。　　（4）测量了船模在水池中的运动，利用转动惯量架测量船舶6自由度惯性矩，波高仪测量水池波浪，姿态仪测量船舶运动。其结果与仿真的规律有较好的一致性。
作者：	徐舟远
专业：	船舶与海洋工程
导师：	陈圣涛
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2021