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滚装船舶动力响应分析及减摇研究
| 论文题名： | 滚装船舶动力响应分析及减摇研究 |
| 关键词： | 滚装船舶;流固耦合;横摇控制;ETMD减摇系统 |
| 摘要： | 滚装船舶作为海上运载各种车辆及货物的高效运输工具，目前已成为迅速发展的新船型。滚装船舶的有效横摇控制已成为改善船舶的适航性、设备的工作状态、货物的固定状态以及乘员的舒适性的重要措施。因此，如何减轻船舶在各种载荷作用下的横摇日趋重要。本文结合山东省自然科学基金资助项目，对波浪载荷作用下滚装船舶动力响应及横摇控制进行研究。本文研究内容主要包括以下几个方面。 第一，分析船舶环境载荷及船舶在波浪中的运动，给出了波浪载荷、风载荷、海流载荷以及船舶横摇运动的理论计算公式，为以后滚装船舶动力响应分析及横摇控制提供理论依据。 第二，为满足滚装船舶动力分析及横摇控制研究的需要，应用三维建模工具(UG)建立了滚装船动力学模型。根据现有滚装船舶图纸，首先建立三个视图上的基准面，并在各个基准面上依次添加图纸中的各个关键点，再根据各个关键点进行插值连线，最后根据其整体的点云和连线框架进行曲面构建和优化，从而得到滚装船舶三维的动力学模型和具体的各个剖面的二维剖面图。 第三，利用有限元分析软件(ADINA)仿真分析得到滚装船舶的流固耦合横摇频率范围。针对已得到的三维滚装船舶动力模型，将其在UG中转换为Parasolid文件，然后导入ADINA软件，并通过设置无限远边界以及自由液面等边界条件来模拟海洋环境，最后对水体—船舶进行流固耦合模态分析，得到滚装船舶的流固耦合横摇频率范围。 第四，应用ADINA软件对滚装船舶进行动力响应分析。对不同波浪周期和不同波高情况下的滚装船舶进行动力响应分析，结果表明，处在谐摇区内的滚装船舶的横摇角可达20°以上。这也从一个方面说明了对滚装船舶进行横摇控制研究的必要性。 第五，利用船载货物作为质量体构造扩展调谐质量阻尼器(ETMD)系统。分析影响ETMD减摇系统减摇效果的因素，并根据ETMD减摇系统最优振动控制效果参数的最优区间选定ETMD减摇系统和滚装船舶的质量比、固有频率比以及ETMD减摇系统的阻尼比，并依据计算公式得到ETMD减摇系统所对应的弹簧刚度值，阻尼器阻尼值以及质量体质量值，从而构造出一个具体的ETMD减摇系统。根据船体内部构造，适当组合船载货物构造质量体模型。对处于谐摇区的滚装船舶添加构造的ETMD系统，并进行动力响应分析。 最后，对比实施横摇控制前后的滚装船舶横摇角的幅值变化可知，波高为3.5m、4m和4.5m的波浪载荷作用下，ETMD减摇系统对滚装船舶的减摇效率分别为83.69％，65，81％和48.93％，证明了ETMD减摇系统对滚装船舶具有较好的减摇效果。总之，理论分析和仿真研究表明，ETMD横摇控制系统对滚装船舶的横摇具有显著的控制效果。 |
| 作者： | 董美华 |
| 专业： | 机械电子工程 |
| 导师： | 马汝建 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 济南大学 |
| 学位年度： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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