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迎浪航行时船舶垂荡纵摇运动建模与仿真
| 论文题名： | 迎浪航行时船舶垂荡纵摇运动建模与仿真 |
| 关键词： | 迎浪航行;船舶垂荡;船舶纵摇;切片理论;航海模拟器 |
| 摘要： | 船舶垂荡和纵摇运动是耐波性研究的重要内容，高精度、实时解算的船舶垂荡和纵摇运动数学模型是挪威船级社对航海模拟器行为真实感的要求之一。本文应用普通切片理论对船舶在迎浪规则波中的垂荡和纵摇运动进行研究，构建船舶垂荡和纵摇运动数学模型并进行数值解算和实时可视化仿真。主要包括以下几个方面的工作: 1.利用普通切片理论建立迎浪规则波中船舶运动数学模型。根据流体力学的原理，分析船舶在迎浪规则波中做垂荡和纵摇耦合运动时的受力情况，得到船舶垂荡和纵摇运动模型，并给出了求解模型中各项系数的公式。 2.利用田才图谱获得整个船体的水动力系数和波浪扰动力。首先根据船舶无因次水动力质量和无穷远处波幅与切片附近振荡幅值比，计算船舶各站面的水动力系数和波浪扰动力，再结合辛普生积分法对求得的各站面附加转动惯量、附加质量、阻尼系数和波浪扰动力等进行数值积分，从而得到整个船体的水动力系数和波浪扰动力。 3.根据S-175标准集装箱船的试验数据验证船舶垂荡和纵摇运动数学模型的准确性。以Visual Studio2010为开发工具，编写求解附加质量、阻尼系数和波浪扰动力的C++程序，并利用四阶Runge-Kutta法设计对所构建的垂荡纵摇运动数学模型进行解算的程序，实现了S-175标准集装箱船在不同航速、不同波浪频率、不同波幅的条件下的实船模型解算。模型的解算结果通过两种方式进行验证，先是将解算结果在Matlab中比较试验数据和仿真数据的历时曲线，二是将模型集成到航海模拟器视景系统，实现了船舶垂荡纵摇运动的实时动态仿真。结果表明，所建立的船舶垂荡和纵摇模型具有较高的精度，并可应用于航海模拟器中。 |
| 作者： | 侯圣贤 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 任俊生 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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