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破损舰船非线性横摇运动模拟及倾覆安全评估
| 论文题名： | 破损舰船非线性横摇运动模拟及倾覆安全评估 |
| 关键词： | 破损舰船;非线性横摇运动;倾覆概率;不规则风浪 |
| 摘要： | 舰船在执行作战任务或者遭遇突发事故时发生舱室破损的情况时有发生，研究破损舰船的倾覆安全对提高舰船的生命力有积极意义。此外，近些年来IMO已经基本完成了完整船瘫船稳性第一、二层薄弱性衡准的制定，并提出了瘫船稳性直接评估的流程指南，未来可能针对破损船瘫船稳性进行新一轮的衡准研究。 本文主要关注瘫船状态破损舰船的非线性横摇运动以及其在不规则风浪作用下的倾覆安全。以DTMB5415舰船标模为例，首先分析了不同破舱形式对舰船的横摇阻尼系数、复原力臂曲线、初稳性高的影响，其中横摇阻尼系数采用CFD方法求解。然后将瘫船稳性第二层薄弱性衡准的相关思想拓展到破损舰船的瘫船倾覆概率评估中，计算并比较了完整舰船和不同形式的破损舰船在风浪联合作用下的瘫船倾覆概率，并讨论了破损舰船瘫船倾覆概率随环境因素的变化趋势。另一方面，根据IMO瘫船稳性直接评估指南的相关要求，建立破损舰船单自由度横摇运动模型，在时域内模拟破损舰船在风浪联合作用下的非线性横摇运动，应用蒙特卡洛方法计算其瘫船倾覆概率，并与基于瘫船稳性衡准思想的评估方法求得的瘫船倾覆概率进行比较。结果表明，基于瘫船稳性衡准思想的评估方法与基于蒙特卡洛思想的瘫船稳性直接评估方法计算得到的瘫船倾覆概率随有义波高和波浪特征周期的变化趋势呈现出一致性，且前者计算得到的倾覆概率比后者整体偏大，所得结果更为保守。 为达到可信度要求，采用瘫船稳性直接评估方法计算倾覆概率时需要计算大量的样本，这将消耗大量时间和计算资源。本文应用非线性动力学方法中的Melnikov理论，引入相空间转移率的概念，从动力系统稳定性的角度对随机横浪中破损舰船的倾覆机理进行研究。分析了相空间转移率随Melnikov函数均值部分以及环境因素的变化趋势，并计算得到破损舰船的波高阈值曲线，结合航行海域确定破损舰船存在倾覆风险的危险海况。最后采用瘫船稳性直接评估方法计算破损舰船处于危险海况中的倾覆概率。结果表明，应用Melnikov方法可以快速确定破损舰船存在倾覆风险的危险海况范围，从而为瘫船稳性直接评估方法提供参考的计算区间，提高评估效率。 本文所做的工作可以为破损船舶的稳性研究以及未来破损船舶瘫船稳性衡准的制定提供参考。 |
| 作者： | 赖国锐 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 毛筱菲 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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