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原文传递风浪中船舶横摇运动研究

论文题名：	风浪中船舶横摇运动研究
关键词：	船舶横摇运动;非线性横摇力矩;风浪扰动;相平面法
摘要：	随着国际船舶运输业的繁荣发展，海上货物的安全运输需要理论和实践上的安全保障。多年以来，海上货物运输过程中不断发生船舶沉没事故。其中，众多船舶安全事故是由恶劣天气引起的船舶横摇运动导致的，若横摇幅度过大将会导致船体甲板上浪并给船舶操纵带来困难，甚至导致船舶失稳及倾覆，带来巨大的财产损失和人员安全问题。论文从保障航海安全的角度出发，根据风浪中的船舶受力分析建立单自由度的横摇运动方程，接着由风浪中的规则波叠加原理选用适用性广泛的P-M海浪谱获得了随机风浪中的扰动力矩，并对风浪中横摇运动态势进行分析。结果表明，根据运动态势和相位图能更好地预报船舶横摇运动态势及分析船舶在风浪中的运动性能，从而保障航行安全及船员舒适度。主要工作如下：　　（1）分析国内外风浪中船舶横摇运动相关研究，根据风浪中船舶受力分析建立船舶横摇运动方程，并且对总惯性矩、复原力矩、阻尼力矩和风浪扰动力矩进行了详细地表述；　　（2）确定横摇运动各项力矩，通过对比发现使用惯性半径法进行惯性力矩的求解较其他方法更为简便且有一定的精度；在求解恢复力矩时根据船舶大倾角复原力臂公式推导出近似算法，再使用Matlab拟合出静稳性曲线图从而获得风浪中横摇的复原力矩系数；从理论出发结合能量守恒原则获得阻尼力矩系数的近似表达式，进而得到线性项加平方项的阻尼力矩系数；最后，根据风浪中规则波的叠加原理确定非线性横摇时风浪中扰动力矩的数学表达式；　　（3）基于Matlab进行分析，并使用以Runge-Kutta法为基础的数值分析法对风浪中船舶非线性横摇的横摇角进行求解，得到船舶横摇运动态势；再根据相平面法绘制横摇运动的相平面图。并分析不同风速对船舶操纵、航行安全及船员舒适度的影响，结合不同遭遇浪向角的横摇运动态势从航海操纵的角度出发提出避免横摇共振的方法。
作者：	冯旭
专业：	航海科学与技术
导师：	郑云峰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2021