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斜浪中船舶参强激励横摇运动研究
| 论文题名： | 斜浪中船舶参强激励横摇运动研究 |
| 关键词： | 船舶航行;参强激励;横摇运动;集装箱船;斜浪 |
| 摘要： | 船舶在斜浪中航行时，同时受到参数激励和波浪强迫激励的作用，易发生参强激励横摇运动，导致船舶大幅度横摇运动甚至倾覆。 本文以大型C11集装箱船为例探索斜浪中船舶参强激励横摇运动的力学机理，对指导船舶在恶劣海况下安全航行有重要意义。主要内容如下: 船舶在波浪中运动时，垂荡、纵摇对横摇运动的影响较大，建立横摇、垂荡和纵摇三自由度的耦合运动微分方程，并考虑非线性的恢复力和横摇阻尼力矩的影响。其中随时间变化的横摇恢复力矩是参数激励项，根据瞬时船舶与波浪的相对位置，编制瞬时非线性恢复力程序;横摇非线性阻尼采用线性加立方阻尼的形式，阻尼系数由实验获得;而附加质量系数、线性垂荡和纵摇阻尼系数，以及波浪强迫激励采用三维势流理论计算。并采用龙格库塔方法数值求解船舶运动微分方程，分析相关因素的影响。 同时提出了一种简单预报斜浪中参强激励横摇运动的方法，即考虑简谐变化的垂荡和纵摇运动，以及初始波峰位置的影响，以瞬时恢复力程序为基础计算时变的初稳心高，建立1.5自由度的横摇运动微分方程，应用龙格库塔方法求解横摇运动解微分方程。数值分析发现船舶大幅度横摇运动时，初稳心高呈单一频率简谐变化，将其拟合成简谐函数，并代入到横摇运动微分方程，应用多尺度法求解其近似解析解，并根据弗洛凯理论分析解的稳定性，确定船舶发生参强激励横摇运动的参数范围。 通过以上研究可以得到以下结论:斜浪中船舶参强激励横摇运动属于多频响应，包括波浪激励频率及主参数共振频率。在满足参数横摇发生条件时，改变初始时刻波峰位置，船舶参强激励横摇运动可能会消失。对于C11集装箱船，船舶在首斜浪航行容易发生参强激励横摇运动，比在尾斜浪中航行危险。同时随着波高的增大，船舶发生参强激励横摇的波长、航速和航向角范围也随之扩大。 通过解的稳定域，可以确定船舶在斜浪中发生参强激励横摇的波高、遭遇频率与横摇固有频率比的范围;同时研究发现随着波高的增大，频率比范围扩大;波高继续增大，频率比范围有减小的趋势。通过横摇运动随遭遇频率变化的分岔曲线，可以确定船舶发生参强激励横摇的遭遇频率范围。当船舶发生横摇主共振时，横摇运动为单倍周期运动;当船舶发生主参数共振时，横摇运动为2倍周期运动。 |
| 作者： | 储纪龙 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 张崎 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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