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风浪联合作用下系泊船舶运动响应数值模拟研究
| 论文题名： | 风浪联合作用下系泊船舶运动响应数值模拟研究 |
| 关键词： | 系泊船舶;风浪作用;中长周期波;运动响应 |
| 摘要： | 随着港口码头建设逐渐走向外海，部分海外港域受到中长周期波作用，这种中长周期波具有周期长（普遍在10s以上），波能较大、防波堤难阻挡的特点，极易对港域内船只造成危害。但目前设计规范中对于港域内系泊船舶泊稳性限制大多以限制港域内波高、风速为主。为此，充分考虑外部荷载以及系泊系统的影响，研究中长周期波作用下系泊船舶泊稳性，对于提升港口码头船只作业的效率及安全性具有重大意义。为了掌握中长周期波作用下系泊船舶泊稳性规律，本文基于开源计算流体力学软件OpenFOAM，建立了考虑风浪作用的三维系泊船舶运动响应数值波浪水槽，对中长周期波浪作用下系泊船舶运动响应、系缆力变化、护舷撞击力等进行了数值模拟研究。论文的主要内容如下： （1）基于原三维数值波浪水槽，植入风速边界条件，并使用更稳定的两相流紊流模型（kOmegaSSTStable），建立了风浪作用的数值波浪水槽。通过单纯风作用算例验证了风速边界，讨论了风场网格尺度对模拟的影响，并给出了风场网格的建议尺度。同时通过风浪爬坡算例验证了风浪数值波浪水池模拟的准确性。 （2）在OpenFOAM六自由度运动库中植入了船舶-护舷碰撞模块，实现了系泊船舶运动过程中系船缆-护舷结构的耦合外力求解。并通过C11集装箱船、26.6万立方LNG系泊船相关算例验证了系泊系统耦合外力求解模块。 （3）利用风浪作用下的系泊船舶运动响应数值波浪水槽模型，设置不同算例对中长周期波浪下的系泊船舶运动响应、系缆力变化、护舷撞击力进行模拟，定性探讨分析了入射波周期、波高、船舶距护舷距离、风速对于系泊船舶泊稳性的影响及规律，并给出了特定船型下船舶正常系泊时入射波周期、波高的安全范围。模拟结果表明，当入波周期进入中长周期波范围内，船舶运动响应对于波浪周期的变化更敏感，而对于波高的变化较为不敏感；而减小船舶停靠起点与护舷的距离可以对船舶的运动幅值起到限制作用，减小系船缆断缆的可能性。 |
| 作者： | 金哲飞 |
| 专业： | 水利工程 |
| 导师： | 张庆河;张文忠 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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