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浮冰作用下船舶操纵运动数学模型及应用
| 论文题名： | 浮冰作用下船舶操纵运动数学模型及应用 |
| 关键词： | 极地航行船舶;碎冰航道;操纵运动;浮冰作用;数学模型 |
| 摘要： | 世界现有三大经济地区（美国、欧盟和东亚）的贸易绕航现象比较严重，导致船舶运输效率低，成本增加。北极航线作为连接太平洋与大西洋的新航道正是国家深化贸易合作以及世界海运发展的迫切需要。但是由于北极沿线基础设施、航行保障能力不足的影响，北极商业航行存在一定的困难和风险。为此，本文针对极地航行船舶在碎冰航道的冰阻力和碎冰作用下的操纵性预报进行了研究。 本文对船舶操纵运动数学模型研究现状及船舶与碎冰之间的相互作用研究现状进行了分析。虽然目前研究船舶在无冰水域的操纵性已有一定的成果，但是对商船在碎冰区航行操纵性研究存在明显不足。 为了研究船舶在碎冰航道中所受到的冰载荷，以多功能运输船“育鹏”轮船型为例，采用ANSYS\LS-DYNA有限元软件对其在碎冰航道中仿真计算。基于SolidWorks建模软件对“育鹏”轮缩尺船模建立实体几何模型，并采用Altair-HyperWorks软件对“育鹏”船模建立有限元网格模型，参考北极航道碎冰尺寸大小，采用二维Vornori图对航道碎冰进行几何切割建立不同密集度的随机碎冰航道仿真模型。 通过有限元软件计算，获得了碎冰阻力。本文以“育鹏”轮为代表的船型作为研究对象，对船舶与碎冰的接触特点和运动状态进行分析。船舶航速、碎冰密集度分布和冰厚大小是影响船舶阻力的主要因素，不同碎冰密集度及不同船速下对船舶阻力的差异值较大。基于Colbourne法对碎冰阻力系数和冰厚傅汝德数的关系进行航行阻力值的实船变换，获得“育鹏”轮实船在碎冰航道中的阻力预报值，并与芬兰-瑞典冰级规则(FSICR)方法计算实船阻力数值对比，获得了良好的结果。 为了检验模型的正确性，本文基于MMG分离建模思想，建立船舶的三自由度运动数学模型，根据前人得到的经验公式对航行于碎冰航道的阻力进行计算。通过C++编程语言对所建立的船舶运动数学模型进行仿真，以“育鹏”轮船型为例进行了直航试验和旋回试验，通过仿真测试结果判断模型的正确性和合理性。对航海模拟器中冰区航行船舶操纵数学模型进行了完善，能够较好地进行极地碎冰水域操纵性预报，为其安全航行提供了一定的指导和参考。 |
| 作者： | 王灵宏 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 张秀凤 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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