縱浪和斜浪中船舶非線性運動特性研究.pdf

1、船舶航行遭遇到風急浪高的惡劣天氣時，為了避免橫向大面積承受風浪載荷，普遍都會選擇調整航向，保持在縱浪或斜浪航行狀態(tài)；系泊船舶和順應式海洋結構物在波浪作用下也會最終穩(wěn)定在縱浪狀態(tài)。但是，目前的大量實驗資料和海難事故的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，在縱浪和斜浪中航行的船舶會發(fā)生大幅橫搖運動，存在傾覆危險；系泊船舶和順應式海洋結構物在縱浪中也會發(fā)生多種不同形式的運動，極有可能導致結構的失效和系纜的斷裂。 本文旨在研究縱浪和斜浪中航行船舶的參激橫搖運動問題

2、以及系泊油輪在縱浪中的動力特性和系纜張力的變化特性。主要研究內容和結論如下： 考慮波面形狀引起的船舶初穩(wěn)性高的變化，假設升沉和縱搖滿足準靜力平衡，提出了縱浪和斜浪中初穩(wěn)性高波動項的計算方法。建立了船舶縱浪中的參數(shù)激勵和斜浪中的參強激勵橫搖運動微分方程。 應用多尺度方法求出了規(guī)則縱浪和斜浪中船舶橫搖主參數(shù)共振的近似解析解，并分析了運動穩(wěn)定性。采用攝動法和Floquet理論，求出了不同參數(shù)激勵幅值和強迫激勵幅值下的分岔曲面，

3、確定了發(fā)生參數(shù)激勵大幅橫搖和船舶傾覆的航行參數(shù)。應用隨機平均法和FPK方程，求出了隨機縱浪中船舶的隨機橫搖幅值的概率密度函數(shù)。進行了隨機和規(guī)則海浪中船舶運動的仿真研究。 數(shù)值仿真和解析分析結果表明：在縱浪和斜浪中，當遭遇頻率接近船舶橫搖固有頻率的兩倍，波長和船長接近，波高超過某一閾值的時候，船舶會發(fā)生主參數(shù)共振，產生大幅橫搖甚至傾覆；在斜浪中，船舶發(fā)生的是參強激勵橫搖運動，遭遇頻率接近橫搖固有頻率時，還會激起橫搖主共振，同樣會產

4、生大幅橫搖甚至傾覆。為了避免海難事故的發(fā)生，可以通過改變航速和航向，改變船波遭遇頻率和參、強激勵幅值，使其遠離共振區(qū)域。 考慮系纜張力的分段非線性特性，建立了系泊鉸接塔-油輪系統(tǒng)在縱浪中兩自由度分析模型。采用莫里森方程和勢流理論分別計算了鉸接塔和油輪的波浪載荷。采用數(shù)值仿真的方法求解了高度為88.4m的鉸接塔和10萬噸級油輪的運動響應和系纜動張力，得到了以波浪頻率與鉸接塔擺動固有頻率之比為分岔參數(shù)的分岔圖，分析了不同系統(tǒng)和環(huán)境參