139m甲板運輸船波浪載荷計算【畢業(yè)設計】

1、<p>　　本科畢業(yè)論文(設計)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　[Abstract]2</p><p><b>　　第一章緒論3</b></p><

2、p><b>　　1.1前言3</b></p><p><b>　　1.2概述4</b></p><p>　　1.3 SESAM軟件的簡介說明5</p><p>　　1.4 課題研究背景及內(nèi)容6</p><p>　　1.5 本文主要研究內(nèi)容7</p><p>　

3、　第二章波浪理論8</p><p><b>　　2.1概 述8</b></p><p>　　2.2 基本方程及邊界條件8</p><p>　　2.3 線性波浪理論10</p><p>　　2.4 隨機波浪理論11</p><p>　　2.5波浪理論計算方法12</p>

4、<p>　　第三章甲板運輸船在波浪中的運動和波浪載荷的計算14</p><p>　　3.1船舶在波浪上的運動理論基礎14</p><p>　　3.2 波浪載荷研究理論15</p><p>　　3.3船舶參數(shù)資料16</p><p>　　3.4 船舶在規(guī)則波中的運動與載荷分析計算17</p><p&

5、gt;　　3.5計算條件17</p><p>　　第四章全船濕表面模型的建立18</p><p>　　4.1甲板運輸船船體外表面模型的建立18</p><p>　　4.2質(zhì)量模型19</p><p>　　4.3 水動力計算22</p><p>　　4.4本章小結(jié)26</p><p>

6、;　　第五章數(shù)據(jù)結(jié)果分析27</p><p>　　5.1同一種工況在不同浪向角情況下的波浪載荷27</p><p>　　5.2同一浪向角時不同工況的波浪載荷31</p><p><b>　　總 結(jié)40</b></p><p><b>　　參考文獻41</b></p><

7、;p><b>　　致謝42</b></p><p>　　附錄一 垂向波浪剪力和垂向波浪彎矩數(shù)值分布表43</p><p>　　附錄二 波浪扭矩數(shù)值分布表51</p><p>　　139m甲板運輸船波浪載荷計算</p><p><b>　　摘 要</b></p><

8、p>　　在船舶航行中，船舶波浪載荷是對船舶的航行速度起一定影響的，如果能夠精確的計算出船舶在不同工況下的船舶載荷情況，不同剖面和浪向?qū)Υ瓜蚣袅Φ挠绊懬闆r，就能為船舶的設計等提供很大的幫助。本文應用三維勢流理論計算139m甲板運輸船波浪誘導載荷，該甲板運輸船的L/B=4.34、B/D=4，超出了波浪載荷經(jīng)驗公式的規(guī)范要求。使用挪威船級社SESAM軟件HYDRO程序利用POSTRESP輸出各橫截面的波浪誘導垂向剪力、垂向彎矩長期預報值

9、。文中詳細闡述了進行整船水動力分析的過程及方法。包括建立濕表面模型和質(zhì)量模型，進行了四種裝載工況下波浪載荷預報，提出了波浪入射角、裝載狀態(tài)對于波浪誘導剪力、波浪誘導彎矩、船體運動響應的影響。</p><p>　　[關鍵詞]甲板運輸船；波浪載荷；SESAM；剪力；彎矩</p><p>　　139MBARGE CARRIER WAVE LOAD CALCULATION</p>&

10、lt;p>　　[Abstract] Sailing ship, the ship wave loads on ships sailing from a certain impact velocity, if we can calculate the precise ship ships at different load conditions, the different profiles and wave to the vert

11、ical shear of the the impact of the situation, the design of the ship will be able to provide a great help.The potential theory is used to calculate the wave-induced loads of 139mbarge carrier. The ship’s general scale r

12、atio is out of Specifications of the empirical formula of wave loads w</p><p>　　[Key words]Deck-cargo ship; Wave loads; SESAM; shear force; bending moment</p><p><b>　　緒論</b></p>

13、;<p><b>　　1.1前言</b></p><p>　　隨著人全球人口的增加，人類對石油的需求量逐漸增長，使人類的生存空間逐漸向海洋與空中拓展。海洋蘊藏著豐富的礦產(chǎn)和生活資源可供人類使用，包括石油資源、礦產(chǎn)資源、化工資源、食品資源等，海洋是二十一世紀人類發(fā)展必須要深入開發(fā)的領域。</p><p>　　船舶這一水上工具是人們深入海洋所不可或缺的工具，

14、如何很好的估算船舶波浪載荷解決船舶疲勞問題是船舶設計環(huán)節(jié)中所不可或缺的一部分。在給定了船舶型值的前提下，只有確定了波浪載荷，并結(jié)合船舶實際運營時的內(nèi)部載荷，才能設計出滿足一定結(jié)構(gòu)強度而又經(jīng)濟實用的船體結(jié)構(gòu)。船舶在海上的運動是六個自由度的剛體運動:縱蕩、橫蕩、垂蕩、縱搖、橫搖和首搖的組合。在這些運動過程中，船舶波浪載荷將以垂向、橫向的剪力(彎矩)以及扭矩的形式作用于船體。在船舶的結(jié)構(gòu)分析中，首先應確定船體的靜水和波浪誘導載荷。船體在其運營

15、期中承受這兩種載荷，將可能導致疲勞及破損，這是船舶設計所關心的問題[2][3]。</p><p>　　大量的船模試驗和實船測量結(jié)果表明，船在大幅波浪中的波浪載荷呈現(xiàn)明顯的非線性特性。自70年代末期以來，國外學者采用“高階理論”或“時歷模擬”方法，從事非線性波浪載荷的理論研究。近些年國內(nèi)也相繼開展了這方面的研究工作，并取得了一定的進展。然而實際問題是非常復雜的，該領域內(nèi)至今仍有許多問題有待進一步的探討和解決。在實際

16、海況中，船舶航行受到很多因素的影響，嚴重的搖蕩不僅會降低船舶的運營效率，甚至會造成結(jié)構(gòu)毀損或傾覆失事。研究船在波浪中的運動，為設計耐波性好的船舶提供可靠的依據(jù)。船舶耐波性中的適居性、實際使用性、生命力的三個指標中，如下指標是設計者需要考慮和關心的：六個自由度的運動速度平均值與特征值、加速度特征值、運動速度和加速度的極值、甲板淹濕、船體相當梁彎矩、砰擊和砰擊負荷、局部波浪負荷、波浪誘導振動、船體撓度、所需功率的增加、螺旋槳空轉(zhuǎn)和尾軸負荷以

17、及航向穩(wěn)定性，上述指標的影響因素非常大，而且每一項都有其專門的技術(shù)與理論，確定這些因素的臨界狀態(tài)必須研究船舶與海浪的相互影響，也就是說，必須對船舶在波浪上的運動狀態(tài)進行研究 [6][10] 。</p><p>　　目前，已有許多應用三維方法對船舶運動和波浪載荷預報的商業(yè)軟件。如挪威船級社(DNV)開發(fā)的SESAM(船舶強度計算系統(tǒng))，其中WADAM模塊和WASIM模塊主要進行水動力計算，WADAM是基于三維頻率的

18、船舶運動和波浪載荷預報模塊，主要解決零航速浮體的波浪載荷預報。</p><p>　　做好以上工作對做好船舶設計工作，設計出符合規(guī)范要求的船舶至關重要。</p><p><b>　　1.2概述</b></p><p>　　船舶工業(yè)是集一個國家諸多基礎工業(yè)于一體、技術(shù)和勞動密集型的產(chǎn)業(yè)。一個國家的船舶工業(yè)發(fā)展程度體現(xiàn)了該國的基礎工業(yè)水平。我國幅員遼

19、闊，江河湖泊眾多，海岸線漫長，擁有極其豐富的水運資源，這為發(fā)展我國船舶工業(yè)提供了有利條件。</p><p>　　隨著國民經(jīng)濟持續(xù)高速增長，人民生活水平不斷提高，旅游事業(yè)蓬勃發(fā)展，對水運的要求也日益提高。一方面出現(xiàn)了如大中型集裝箱船、無艙蓋集裝箱船、巨型油船、自卸船、化學品船、液化氣船、粉粒狀散貨船和旅游船等高技術(shù)、高附加值的新型船舶;另一方面，在常規(guī)的散貨船、油船及雜貨船領域，也需要不斷開發(fā)標準船型、節(jié)能船型和經(jīng)

20、濟船型等先進船型。</p><p>　　運輸船舶應能在水上安全航行，并擔負載運旅客和貨物的任務，必須具有以下性能：①在滿載旅客、貨物后能漂浮于水面并保有一定儲備浮力的浮性;②在風力或其他外力作用下不傾覆的穩(wěn)性;③因碰撞、擱淺或發(fā)生其他海損而局部進水時仍能漂浮于水面而不沉沒的抗沉性；④能按照駕駛?cè)藛T的意圖改變或保持船舶航向和速度的操縱性；⑤在一定主機功率的推動下能以較快速度前進的快速性；⑥遇到風浪，仍能以一定速度平

21、穩(wěn)航行的耐波性。</p><p>　　船舶類型、尺度和建造方法的重大變化導致船舶結(jié)構(gòu)設計原理的重大變革。因此，需要一個科學的、強有力的和通用的船舶結(jié)構(gòu)設計方法以滿足當前對船舶的可靠性、運營效率和經(jīng)濟性的更高要求。基于這些原因，出現(xiàn)了采用“理性”結(jié)構(gòu)設計的一般趨勢。</p><p>　　“理性”結(jié)構(gòu)設計可定義如”:直接地和完全地基于結(jié)構(gòu)理論以及采用以計算機為基礎的結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化方法，并按照設

22、計者選定的價值衡量標準，獲得一個最優(yōu)的結(jié)構(gòu)。從這個定義可以看出，“理性”結(jié)構(gòu)設計包括對結(jié)構(gòu)在壽命期中影響結(jié)構(gòu)安全與性能的全部因素。</p><p>　　進行徹底的和精確的分析，并且結(jié)合結(jié)構(gòu)要求要達到的目標綜合這些信息，設計出既保證足夠安全又達到最優(yōu)目標的設計。同時，我們也應注意到這種設計方法對外載荷計算、結(jié)構(gòu)強度計算以及強度衡準提出了更高的要求。船舶結(jié)構(gòu)設計原理的上述變革促進了對波浪載荷計算方法、結(jié)構(gòu)強度計算方法

23、以及結(jié)構(gòu)可靠性方法的研究。</p><p>　　目前，結(jié)構(gòu)可靠性分析方法已經(jīng)發(fā)展成熟，許多學者采用可靠性方法開展船體梁極限強度計算、疲勞強度計算方面的研究工作。結(jié)構(gòu)強度計算方面，隨著計算機軟件、硬件能力的不斷發(fā)展，艙段有限元分析、整船有限元分析方法逐漸替代了梁理論。</p><p>　　結(jié)構(gòu)強度計算方法的不斷進步使其對外載荷計算提出了更高的要求。當采用梁單元理論評估船體強度時，船體橫剖面上

24、的剪力和彎矩是結(jié)構(gòu)強度校核的主要載荷，水動壓力僅在局部結(jié)構(gòu)的疲勞和極限強度設計中使用，而在船體結(jié)構(gòu)直接設計計算中，整船有限元分析使水動壓力成為與船舶運動、剪力、彎矩同等重要的設計參數(shù)。因此，在作用于船舶上的所有基本載荷中，船體表面波浪壓力和波浪誘導的剖面剪力彎矩是在強度計算中要考慮的最重要的外載荷?；诖?，尋求合理而實用的船舶運動、波浪載荷和水動壓力預報方法對船舶工程的發(fā)展具有重要意義。</p><p>　　在早

25、期的船舶非線性運動和波浪載荷研究中，僅考慮入射波浪對船體的干擾作用，不考慮船體對流體的影響。接著人們開始致力于船舶搖蕩流體理論建立，試圖通過速度勢線性邊值的問題的建立與求解，將船舶的存在與運動對入射波流場的流體影響考慮進去，進而可以更加合理地描述船舶運動所受阻力。Hasking提出在線性理論范圍內(nèi)將流場中的擾動速度分解成繞射速度勢和輻射速度勢，兩者的線性迭加即為中總的擾動勢。實際海浪中船舶運動有復雜的非線性現(xiàn)象，特別是惡劣海況下船舶運動

26、幅度較大，由于甲板上浪，外部碰擊和底部碰擊等因素的影響，導致波浪載荷、船舶阻力呈現(xiàn)明顯的非線性?；谝陨蠋c因素，采用三維式域方法對大幅波浪中船舶的波浪載荷應力與非線性進行研究，為船波浪預報進行探索打下理論基礎。波浪誘導載荷與運動的短期和長期預報基本理論一般情況下，海面上的波浪不會是規(guī)則波，它通常呈現(xiàn)為隨機的不規(guī)則波，所以應該采用概率和隨機理論的方法來計算波浪誘導船體運動及載荷.波浪誘導船體運動與載荷的短期和長期預報是建立在以下三個基本

27、假設之上的：認為波浪和船體運動是各態(tài)歷經(jīng)的平穩(wěn)隨機過程；設船舶為時間恒定的線性系統(tǒng)；設風浪譜和船舶響應譜為窄帶譜[7</p><p>　　1.3 SESAM軟件的簡介說明</p><p>　　SESAM 是挪威船級社(DNV)開發(fā)的大型軟件系統(tǒng)，用于船舶及海洋工程的結(jié)構(gòu)和流體動力分析、設計，其發(fā)展基礎正是有限元法在船舶及近海領域中的廣泛應用。本課題使用該軟件分析計算平臺結(jié)構(gòu)三維有限元模型在

28、自身載荷和環(huán)境載荷作用下的運動響應。SESAM 是世界造船領域一致認可的大型結(jié)構(gòu)有限元分析軟件，可以解決船體平臺結(jié)構(gòu)的強度剛度及結(jié)構(gòu)優(yōu)化等問題，通過有限元分析確保各個零部件及分析系統(tǒng)在最合理的環(huán)境下正常地工作以獲得最佳性能。</p><p>　　SESAM 的顯著特點是功能模塊化。不同的子程序模塊分別完成模型建立、環(huán)境載荷分析、結(jié)構(gòu)分析、結(jié)果處理等功能。 SESAM 中的模塊主要有預處理模塊Patran-Pre,

29、 Prefem, Preframe, Prese1和Proban:環(huán)境分析模塊Wadam,Wajac, Waveship, Wasim, Installjac 和 Simo;結(jié)構(gòu)分析模塊 Sestra, Splice, Usfos,Mimosa和 Riflea，計算后處理模塊 Postresp, Xtract, Framework, Stofat, Profast,Cutres. Platework和 Comcode。這些不同的模塊整合

30、成三個軟件包，即建模前處理模塊 GeniE，水動力模塊 HydroD 和系泊耦合分析模塊 DeepC。</p><p>　　SESAM 的特點可綜合如下：1)結(jié)構(gòu)分析程序基于有限元方法，可解決多種結(jié)構(gòu)類型，多種載荷類型的應力問題。獨特的多層次超單元技術(shù)大大提高了程序效率。2)交互式圖形后處理器不僅可以提供各種數(shù)據(jù)結(jié)果的圖形而且，提供了用于最后評估和設計的程序。3)流體動力分析程序中環(huán)境載荷及固定式漂浮物體的剛體響

31、應計算基于 Morison公式和勢流理論。4)不同模塊間的數(shù)據(jù)自動傳送是通過 SESAM 界面文件實現(xiàn)的，這些界面文件包含有限元模型數(shù)據(jù)、環(huán)境載荷結(jié)果、程序結(jié)果數(shù)據(jù)、載荷剛體位移總外力等結(jié)構(gòu)響應應力和位移等[3]。</p><p>　　1.4 課題研究背景及內(nèi)容</p><p>　　1.4.1 研究背景</p><p>　　傳統(tǒng)的船體結(jié)構(gòu)分析分為兩部分，一是全船總縱

32、強度的簡化分析，二是船體局部強度分析。在總強度分析中，將船體簡化為一根等效梁，復雜的船體變成一條一維尺度的直線，而載荷也全部集中到這條代表剖面縱軸的直線上，為得到強力構(gòu)件的內(nèi)力，采用了應力合成的方法，即將構(gòu)件的內(nèi)力分為總彎曲應力和板架彎曲應力，分別計算后再進行合成。然而，實際的船體結(jié)構(gòu)是一個很復雜的三維箱形結(jié)構(gòu)，其受力是相當復雜的，特別是波浪載荷的不確定性，因此，人為地將其分開計算對集裝箱船會帶來較大的誤差。</p>&l

33、t;p>　　因此，對于甲板運輸船，由于其自身的結(jié)構(gòu)特點，不能把船體當作一根等值梁來計算其總強度，于是需要有一種能夠考慮非等值結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)響應的更加精確的船體梁分析方法來計算船舶波浪載荷，目前，國內(nèi)外主要發(fā)展以薄壁梁理論為基礎的有限梁方法。薄壁梁理論在前期設計階段可以起到一定的作用，但是，對于波浪載荷，薄壁梁理論采用確定性的方法；而波浪載荷是隨機性的，因此這些由薄壁梁理論所得到的結(jié)果有很大的局限性，不能對船體的各個部分給出較詳細和準確的

34、應力分布，往往有較大的誤差。</p><p>　　隨著計算機軟硬件技術(shù)的發(fā)展，使得全船有限元分析技術(shù)使船體總強度分析有了革命性的突破。全船有限元分析法將全船各主要構(gòu)件按其受力狀況分別以膜、殼、梁、析條等單元來表示，可以較真實地表達出全船結(jié)構(gòu)的剛度特性，通過有限元分析求解，可以求出各主要構(gòu)件的實際變形與應力。采用全船有限元分析法和波浪載荷的直接計算可以進一步提高計算結(jié)果的可靠程度。</p><p

35、>　　1.4.2 研究內(nèi)容</p><p>　　本文主要應用Patran軟件建立全船濕表面模型，并運用挪威船級社(DNV)的SESAM (Super Element Structure Analysis Modules)軟件系統(tǒng)進行全船彎扭強度分析，對其進行了包括波浪統(tǒng)計預報，確定設計波，計算船體應力分布等分析。</p><p><b>　　主要內(nèi)容有：</b>

36、</p><p>　　(1)整理139m甲板運輸船的圖紙和資料，分析其結(jié)構(gòu)特點，利用patran建立全船模型，包括幾何模型、有限元模型，利用SESAM建立流體動力計算模型和質(zhì)量模型，然后將全船模型導入HYDROD中。</p><p>　　(2)利用挪威船級社(DNV)的SESAM軟件系統(tǒng)的波浪載荷分析與響應計算子模塊WADAM，計算全船在一系列規(guī)則波上的流體動力載荷，包括動壓力在濕表面上的

37、分布及其對指定截面的積分，形成載荷傳遞函數(shù)。</p><p>　　(3)根據(jù)規(guī)范和指導性文件，利用上面得出的傳遞函數(shù)，以及挪威船級社(DNV)的SESAM軟件系統(tǒng)的進行計算結(jié)果統(tǒng)計處理的交互式圖形后處理器POSTRESP，對計算結(jié)果進行統(tǒng)計處理和預報。通過長期預報，確定設計波。</p><p>　　(4)利用挪威船級社(DNV)的SESAM軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理器PREPOST和有限元分析

38、圖形處理器，對其結(jié)果以圖形方式顯示出來，分析全船或局部有限元模型及其應力分布狀況。</p><p><b>　　1.5 船型及方法</b></p><p>　　甲板運輸船是能運輸雜貨、散貨、集裝箱、重大件貨及滾裝貨。這種船型的出現(xiàn)背景是由于世界貿(mào)易情況捉摸不定， 海運形勢動蕩多變， 為此需要一種能載運“不確定性”貨物的船型，以擴大船的使用范圍，適應不斷變化的形勢。這些

39、要求歸納起來就是： 能適應多種航線， 盡可能高效率地載運各種貨物， 使用簡便，造價低廉。</p><p>　　甲板運輸船能載運各種貨物，但有時亦有側(cè)重，有以載運集裝箱為主，有以載運重大件貨(或特長件貨) 為主，也有以載運雜貨為主。但載運以重大件貨或雜貨為主的船型，是一種布置地位型船舶， 即其主尺度主要取決于船內(nèi)部容積以及甲板布置所需面積的要求。</p><p>　　本文使用 SESAM/W

40、ADAM軟件為甲板運輸船直接結(jié)構(gòu)計算作了大量準備工作。該軟件由挪威船級社(DNV)開發(fā)，是一套比較先進而且使用簡便的分析軟件，主要進行水動力計算，它可以對各種船型、船速進行計算和預報。主要計算功能包括：</p><p>　　1、總體響應：剛體運動、剖面力和力矩。</p><p>　　2、船體壓力：指定點壓力、全船的總壓力分布。</p><p>　　3、外載荷自動轉(zhuǎn)換

41、為有限元進行結(jié)構(gòu)分析：線性分析中的頻域載荷、非線性分析中的載荷時歷。</p><p>　　采用SESEAM軟件計算甲板運輸船的波浪載荷預報，最重要的工作就是怎樣正確無誤的采用patran建立甲板運輸船的有限元模型，并且要進行波浪載荷的加載，這也是軟件分析中的最主要的工作。為了做好這個工作，首先我要通過學習有關資料進一步掌握有關載荷預報的原理以及熟悉SESEAM和patran有限元分析軟件，然后建立船體外殼的有限元

42、模型，進而進行船體的水動力計算，并和規(guī)范算出的結(jié)果做對比，最后進行結(jié)果分析。另外，整個過程還需要進行完善。</p><p>　　第一階段：學習和消化使用patran和WADAM軟件的基礎上，計算一實船三維線性運動和波浪載荷以及三維非線性運動和波浪載荷。</p><p>　　第二階段：計算結(jié)果分析，并包括對其中的非線性因素進行分析。</p><p><b>

43、　　波浪理論</b></p><p><b>　　2.1概 述</b></p><p>　　為計算海洋工程結(jié)構(gòu)物所受的波浪力，就要知道它所處海域的波浪形式和特點。波浪理論就是用流體力學的基本規(guī)律揭示水波運動的內(nèi)在本質(zhì)，如波浪場中的水質(zhì)點速度分布和壓力分布等，為海洋結(jié)構(gòu)物設計時研究作用在結(jié)構(gòu)物上的波浪力，波浪引起的結(jié)構(gòu)運動等提供理論基礎。波浪理論也已得到廣泛

44、的研究，主要有線性理論和非線性理論，線性波浪理論(Airy波)是假定波浪振幅足夠小，這樣就可以基本忽略非線性項而得到速度勢的近似解。但海洋中實際波浪的波幅一般是有限的，有時能達到較大的數(shù)值，所以要考慮波動自由表面引起的非線性影響。現(xiàn)今的非線性波理論主要有斯托克斯(Stokes)波理論、橢圓余弦波理論、駐波理論、流函數(shù)波理論等。以下主要介紹作為基礎的線性波浪理論和本論文重點應用的隨機波浪譜。</p><p>　　2

45、.2 基本方程及邊界條件</p><p>　　如圖2-01表示一在海底平坦、光滑、靜水深度為d的海域向前傳播的波浪。設波浪傳播方向為x正向，垂直向上方向z正向，坐標原點位于海底。假設流體為理想流體，即無粘、無旋并且不可壓縮。此外，還假定波浪在傳播過程中保持其形態(tài)不變，其運動是二維的。</p><p>　　在圖2-01中，從波峰至波谷的垂直距離H稱為波高。兩個相鄰波峰的距離L稱為波長，兩個相

46、鄰波峰經(jīng)過一特定點的時間間隔T稱為波浪的周期。設c為波浪的傳播速度，。此外，也常使用波浪的圓頻率及波數(shù)兩個參數(shù)。</p><p>　　圖2-01 波浪的傳播簡圖</p><p>　　任一波浪都可由H、L(或T)、d確定，并可按不同的波浪理論確定水質(zhì)點的運動。設理想流體的速度勢為，為任一點的位置及時間的函數(shù)，記為。應滿足Laplace方程。</p><p><b

47、>　　(2-1)</b></p><p>　　并應滿足下列邊界條件：</p><p>　　1、自由表面的運動邊界條件</p><p>　　自由表面的流體質(zhì)點必須始終留在自由表面上，而不能離開這自由表面，或者說處于自由表面的水質(zhì)點的垂直于該表面的速度，等于自由表面在該方向的運動速度。</p><p>　　表示如下：

48、 (2-2)</p><p>　　2、海域底部的運動邊界條件</p><p>　　在海底上的流體質(zhì)點不能超過固體邊界，只能沿著邊界的切線方向運動，即在z= -d處垂直于固體邊界的法向速度為零，即</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　3、自由表面的動力邊界條件<

49、;/p><p>　　若不計表面張力，則自由表面上的壓強P必定等于大氣壓強，波表面的大氣壓力應為常數(shù)。因此把貝努利方程式應用到自由表面處，得到自由表面的動力邊界條件為：</p><p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　4、波浪的周期性條件:</p><p><b>　　(2-5)</b>

50、;</p><p>　　盡管(2-1)至式(2-5)的假定，特別是關于無海流，海底平坦，二維波浪與波形不變的假定與實際情況有一定的出入，但這些假定仍然在各種波浪理論中采用。所以對它們可能產(chǎn)生的影響常需分別進行研究。此外無旋的假定，除在海底及自由表面的邊界層以外，一般是成立的。</p><p>　　從上述可以看出要想精確求解出波浪的速度勢是非常困難的:一是自由表面條件的非線性，表現(xiàn)在運動邊界

51、條件式(2-3)和動力邊界條件式(2-4)所含的乘積項和平方項；二是這些條件僅在自由表面上滿足，而本身又是未知量，就使得拉普拉斯方程的求解區(qū)域也是可變的。這就是至今還不能建立起一種波浪理論可普遍適用于各種水深、波高和波長的海況條件的原因。</p><p>　　鑒于對上述各種非線性關系式求解的困難，必須進一步作出一些假定來簡化這些關系式，從而建立起幾種確定性的波浪理論以適用于各自特定的海況條件。</p>

52、<p>　　2.3 線性波浪理論</p><p>　　此理論首先由Airy提出，故又稱Airy波。它是對自然界海面上的波浪進行了簡化的最簡單的波動。滿足線性波浪理論的波動面是水面呈簡諧形式的起伏運動。水質(zhì)點的運動是以平衡位置為圓心的圓周運動，即以圓頻率作簡諧振動。假定波幅或波高相對于波長是無限小，因此可以忽略波動自由表面引起的非線性影響，即邊界條件中的乘積項和平方項都可以忽略。并且由于假定波高H足夠

53、小，條件式(2-3)和式(2-4)可近似的在波浪平均位置z=0處滿足。此時自由表面的邊界條件線性化為</p><p><b>　　(2-6)</b></p><p><b>　　(2-7)</b></p><p>　　由以上兩式可得出 (2-8)</p><p>

54、　　然后通過分離變量法得出有限水深的線性波速度勢為</p><p><b>　　(2-9)</b></p><p>　　上式顯示了速度勢在x方向的周期性，其波長,周期為,為波浪的圓頻率，可知, k可定義為波數(shù)，c=L/T為波速。把式(2-9)代入式(2-8)可得</p><p>　　從而得到

55、 (2-10)</p><p>　　這就是線性波的色散關系。</p><p>　　求得流體運動的速度勢之后，根據(jù)速度勢的定義，即可計算波浪中水質(zhì)點在水平和垂直方向的運動速度如下</p><p><b>　　(2-11)</b></p><p><b>　　(2-12)</b></p&

56、gt;<p>　　水質(zhì)點在水平及垂直方向的運動加速度為</p><p><b>　　(2-13)</b></p><p><b>　　(2-14)</b></p><p>　　2.4 隨機波浪理論</p><p>　　海洋中的波浪是隨機的，具有統(tǒng)計規(guī)律，可以利用概率統(tǒng)計理論進行研究，利

57、用概率統(tǒng)計理論研究海浪現(xiàn)象的理論稱為隨機波浪理論。海中船體部分在海洋中所遭遇的海浪一定是不規(guī)則的、隨機的。研究船體在波浪作用下的運動、受力和疲勞損壞時，必須首先研究隨機波浪。隨機理論告訴我們，當一個隨機過程的統(tǒng)計特性不隨時間的遷移而變化，或者說，其統(tǒng)計特性與時間的起點無關時，該過程稱為是平穩(wěn)的。由于海上的氣候條件有季節(jié)性的變化，因此，海洋中的波浪作為一個隨機過程，這從長期而言并不具備平穩(wěn)性。但對較短的一段時間來說，可以認為波浪是一個平穩(wěn)

58、的隨機過程。此外，觀測證實，波面升高又是正態(tài)分布的。于是，波浪的長期狀態(tài)可以看成是由許多短期海況的序列組成的，在每一短期海況中，波浪是一個均值為零的平穩(wěn)正態(tài)隨機過程，且此隨機過程具有各態(tài)歷經(jīng)性。各態(tài)歷經(jīng)性保證某一隨機過程的一個具體樣本能代替總體，通過一樣本能推求出隨機過程總體的統(tǒng)計特性。每一短期海況由表征波浪特性的參數(shù)以及該海況出現(xiàn)的頻率來描述。常用的波浪參數(shù)為有義波高Hs和平均跨零周期。Hs定義為所有波浪中波高最大的三分之一波浪的平均

59、波高，因此Hs也可表示為。定義為波面升高在相鄰兩次以</p><p><b>　　(2-15)</b></p><p>　　2.4.1 隨機波浪的譜特性</p><p>　　對振幅為的規(guī)則波，單位波面 (單位波長*單位波寬)的波浪內(nèi)所具有的波能為</p><p>　　或 (2-16)</p

60、><p>　　可見波能量與波幅平方成正比。因此把范圍內(nèi)的各子波的迭加起來，并除以，得到一個的函數(shù)，令其為即</p><p><b>　　(2-17)</b></p><p>　　顯然函數(shù)比例于頻率位于間隔內(nèi)的各組成波提供的能量。如取，則比例于單位頻率間隔內(nèi)的能量，即表示波能密度。所以函數(shù)稱為波能譜密度函數(shù)，簡稱海浪譜.又因為能譜是波浪頻率的函數(shù)，表

61、明波能相對于波頻的分布，故又稱頻譜。</p><p>　　海浪譜相對于原點的n階矩，以v表示，即</p><p><b>　　(2-18)</b></p><p><b>　　(2-19)</b></p><p>　　海浪波面高度的方差也比例于單位波面內(nèi)各組成波的總能量，即</p>&

62、lt;p><b>　　(2-20)</b></p><p>　　因此 (2-21)</p><p>　　海浪的分布于整個頻域內(nèi)，但其顯著部分卻集中于一段狹窄的頻率帶內(nèi)。波浪過程亦可按譜密度的形狀分為窄帶的和寬帶的，并用不規(guī)則系數(shù)或帶寬系數(shù)來表示。當波浪是窄帶過程時，波浪中的能量相對集中在較

63、窄的頻率范圍內(nèi)，存在明顯的主頻率。這時，波幅服從Rayleigh分布。由此可計算波浪過程的標準差、跨零率、峰值率，以及不規(guī)則系數(shù)和帶寬系數(shù)[10][11]。</p><p>　　2.5波浪理論計算方法</p><p>　　潛在的理論中所描述的[6]。，是適用于Wadam計算一階輻射和衍射該小組利用三維評價方法速度潛力和水動力系數(shù)。本實施可用于無限和有限水深和單機構(gòu)和多個互動機構(gòu)可以進行分析

64、。流動假定為理想和時諧。自由表面條件是linearised的第一道命令，而潛在的理論非線性自由表面條件實行二階潛力理論計算。輻射和衍射速度的潛力濕部分體表決心從解決積分方程得到。 利用格林定理與自由面源潛力的格林函數(shù)。源優(yōu)勢評價的基礎上源分配方法使用相同的源潛力。積分方程是discretisised成一套代數(shù)方程組的近似體表與一些平面四邊形面板。源優(yōu)勢，假定每一個常數(shù)小組。兩個，一個或沒有飛機對稱幾何形狀的身體可能存在。該解決方

65、案的代數(shù)方程系統(tǒng)提供的力量來源的面板。該方程組，這是復雜和不確定，可能是直接的解決方factorisation的迭代方法。</p><p>　　假設可確定潛在的流動速度的梯度流動的速度勢Φ ，滿足拉普拉斯方程：</p><p><b>　　(2-22)</b></p><p>　　在流體域。諧波時間依賴允許定義一個復雜的速度勢φ相關以Φ的：&l

66、t;/p><p><b>　　(2-23)</b></p><p>　　其中ω是頻率入射波和t是時間。相關邊值問題將體現(xiàn)在復雜的速度勢φ的理解，該所有復雜的數(shù)量的因素eiωt適用。該linearised形式的自由表面條件：</p><p><b>　　(2-24)</b></p><p>　　其中和G是

67、重力加速度。速度潛力入射波的定義：</p><p><b>　　(2-25)</b></p><p>　　在波數(shù)K的真正根源，色散關系和β是方向之間的角度傳播的入射波和積極的X軸。線性問題的許可證分解速度勢φ的輻射和衍射組成部分：</p><p><b>　　(2-26)</b></p><p>&

68、lt;b>　　(2-27)</b></p><p><b>　　(2-28)</b></p><p>　　常量ξj指復雜振幅振蕩運動的機構(gòu)在其6個剛體度自由和φj相應單位振幅輻射潛力。速度潛力φ7代表干擾的入射波的身體固定在其原始位置?？傃苌洇誅指潛在的總和φ7和入射波的潛力。在不受干擾的立場機構(gòu)邊界的輻射和衍射潛力均受條件：</p>

69、<p><b>　　(2-29)</b></p><p><b>　　(2-30)</b></p><p>　　其中(n1, n2, n3) = N和（n4 ，n5 ，n6） = r × n的，相關系數(shù)r = （的x ， y坐標）。該單位向量n是正常的身體邊界并指出流體域。邊值問題必須輔之以一個條件即將離任的波應用于速度潛力φ

70、j，j= 1 ,..., 7 。</p><p>　　二階理論應用于Wadam中描述編號[7]和編號 [8]。Wadam計算總結(jié)和不同頻率的組成部分二階力，時刻和剛體運動（二次傳遞函數(shù)），在兩色和雙向波。</p><p>　　Wadam提供了一種選擇，消除不規(guī)則頻率的輻射衍射的解決辦法。這個方法是根據(jù)經(jīng)修改的積分方程得到了包括小組模式的內(nèi)部水面板。小組模型面板的水會自動創(chuàng)建的Wadam。&

71、lt;/p><p>　　甲板運輸船在波浪中的運動和波浪載荷的計算</p><p>　　3.1船舶在波浪上的運動理論基礎</p><p>　　本文在研究船舶在波浪上的運動過程中引入如下假定：</p><p>　　1)剛體假定:假定船體是具有六個自由度的剛體，在外力作用下不變形；</p><p>　　2)流體假定:假定流體是沒

72、有粘性的理想流體，同時認為流體是無旋有勢、均勻</p><p><b>　　不可壓縮；</b></p><p>　　3)微幅波假定:假定入射波的波幅A遠小于波長，由此可以認為船體在波浪上的搖蕩運動也是相對于平衡位置的小振幅運動，船體運動引起的濕表面積變化量遠小于其靜浮在靜水面時的濕表面積；</p><p>　　4)等速直線運動假定:假定波浪引起

73、的船體搖蕩運動參數(shù)隨時間的變化要比船體操縱運動參數(shù)隨時間的變化快得多。</p><p>　　圖3-1、圖3-2，為空間坐標系、船體運動模態(tài)。</p><p>　　如圖3-1所示，本文定義三個右手坐標系:</p><p>　　l)空間固定坐標系。原點位于未受攪動的靜水面上，必軸豎直向上，用于描述波浪；</p><p>　　2)隨船平動坐標系。原

74、點位于未擾動的靜水面上，軸與船舶航行方向一致，軸豎直向上。</p><p>　　3)參考坐標系。原點位于船體重心，軸與船舶航行方向一致，軸豎直向上，該坐標系隨船體搖蕩；</p><p>　　在參考坐標系中，動坐標的原點的位置行(,,)稱為船體相對參考系的線位移，為縱蕩，為橫蕩，為垂蕩。分別繞,,;軸旋轉(zhuǎn),,角度和參考坐標平行，這三個角度定義了船舶的橫搖，縱搖，首搖。參考坐標和動坐標之間的關

75、系是</p><p>　　(,,)=(,,)+(,,)+(,,)×(,,)</p><p>　　圖3-1 空間坐標系</p><p>　　圖3-2顯示了船舶在波浪上運動六種運動模態(tài)：縱蕩、橫蕩、垂蕩、縱搖、橫搖、艏搖。</p><p>　　圖3-2船體運動模態(tài)</p><p>　　3.2 波浪載荷研究理論&

76、lt;/p><p>　　船舶在波浪中的運動響應及波浪載荷預報，對于船體結(jié)構(gòu)有限元分析、可靠性分析及疲勞分析等是十分重要的，是進行合理的船舶結(jié)構(gòu)設計的基礎。在給定了船舶用途的前提下，只有確定了波浪載荷，并結(jié)合船舶實際運營時的內(nèi)部載荷，才能設計出滿足一定結(jié)構(gòu)強度而又經(jīng)濟實用的船體。所以船舶結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設計水平的進步與波浪載荷理論的不斷法陣與完善是密不可分的。</p><p>　　影響船體總體強度的外部

77、載荷主要由重力，靜水浮力和波浪力三項組成。前兩項是比較明確的，它們可以由設計的構(gòu)件尺寸、型線計算與船舶的吃水得到。然而波浪引起的船體載荷是隨機統(tǒng)計量，需要根據(jù)現(xiàn)有的海洋波浪統(tǒng)計資料將設計船置于海洋波浪環(huán)境中，計算船體在波浪上的運動和所受載荷。由于海洋環(huán)境下波浪是不規(guī)則的，它包含著復雜的諧波成分，且與船舶在不同方向遭遇，因此首先需要研究船舶在各種規(guī)則波上的響應特性，其次再研究船舶在不規(guī)則波上的運動響應與誘導載荷，并結(jié)合國際海洋觀測統(tǒng)計資料

78、，求出船舶在其指定海域內(nèi)航行時運動與載荷響應的長期預報，進而對船舶所承受的波浪載荷作出全面的科學描述。</p><p>　　在船舶的搖蕩運動計算中，運動參考坐標系的坐標原點取在中縱剖面、水線面及重心所在的橫剖面三面相交處的交點；X軸位于中縱剖面，指向船艏；Y軸指向左舷；Z軸垂直于水線面向上。船舶航行于海上，可以產(chǎn)生六個自由度的剛體運動，在船舶的截面上可以產(chǎn)生六個方向的波浪誘導載荷[11][12]。</p&g

79、t;<p>　　波浪誘導船體運動和載荷與運動坐標系的關系如表3.1所示。</p><p>　　表3.1 波浪誘導運動和載荷與坐標系的關系</p><p><b>　　3.3船舶參數(shù)資料</b></p><p>　　3.3.1船舶主尺度</p><p>　　表3-2 甲板運輸船的主尺度</p>

80、<p><b>　　3.3.2裝載工況</b></p><p>　　本船取滿載出港和滿載到港，壓載出港和壓載到港共四種裝載工況。</p><p><b>　　如表3-2所示:</b></p><p>　　表3-2 各裝載工況主要參數(shù)</p><p>　　3.4 船舶在規(guī)則波中的運動與載

81、荷分析計算</p><p>　　在規(guī)則波中船體運動與載荷計算廣泛應用三維源匯理論，其基本假定為：</p><p>　　1)船體運動及波浪均是微幅、線性的；</p><p>　　2)視水為無粘性流體，且為不可壓縮的理想流體，其表面張力效應可忽略不計；</p><p>　　3)運動是無旋的，考慮繞射和輻射的影響.于是可得到船體在規(guī)則波中的運動方程

82、為</p><p>　　式中，M為船舶廣義質(zhì)量矩陣，X(ω，β)為單位規(guī)則波，ω為波浪圓頻率，β為浪向角，A(ω)為附加質(zhì)量陣，Ce為外部回復力陣，C為靜水回復力陣，B(ω)p為勢流阻尼陣，Bν為線性粘性阻尼[9]。</p><p>　　船舶在實際運動中受到的波浪載荷是由許多簡單的規(guī)則波疊加而成的復雜波作用在上面而成的，因此計算規(guī)則波是正確分析波浪載荷的基礎和前提。</p>

83、<p><b>　　3.5計算條件</b></p><p>　　浪向：0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°、105°、120°、135°、150°、165°、180°</p><p><b>　　航速：0

84、 kn</b></p><p>　　波頻ω和波長λ之間的關系按λ=2πg(shù)/ω2</p><p>　　頻率范圍：0.5～3 rad/s</p><p><b>　　頻率間隔：0.05</b></p><p><b>　　圖3-3浪向角</b></p><p>　　全

85、船濕表面模型的建立</p><p>　　對全船進行有限元分析，必須首先建立有限元模型。建立整船結(jié)構(gòu)濕表面模型是最基礎最重要的工作，它應能正確反映船體濕表面特點，結(jié)構(gòu)有限元模型由大量的節(jié)點及相同量級的單元組成。根據(jù)實際船舶的結(jié)構(gòu)形式、受力情況、精度要求和計算的最終目的,運用結(jié)構(gòu)力學和有限元知識 ,選用適當類型的有限元加以模擬而得出的模型。具體包括建立結(jié)構(gòu)有限元模型、水動力計算模型和質(zhì)量模型。</p>

86、<p>　　4.1甲板運輸船船體外表面模型的建立</p><p>　　為了更好地說明集裝箱船波浪載荷特點，本文采用Wadam軟件對一條139m甲板運輸船的運動和波浪載荷進行了詳細計算和分析。根據(jù)所給船型的資料，按照型線圖中各點的數(shù)據(jù)，通過patran軟件建出甲板運輸船船體外表面模型。坐標系為笛卡爾坐標系，x正方向指向船艏，y正方向指向左舷，z正方向豎直向上。主要過程如下：</p><

87、p>　　1.首先根據(jù)型值表在patran中畫出點，其次將點連接起來，具體操作界面如圖4-1所示：</p><p>　　圖4-1 patran操作</p><p><b>　　有限元網(wǎng)格的劃分</b></p><p>　　在整個網(wǎng)格劃分過程中，因為工作量比較大，所以為了避免出現(xiàn)太大的錯誤，我選擇一個站距一個站距的劃分網(wǎng)格。這樣的話可以避免邊

88、界線的重復而導致的網(wǎng)格錯亂現(xiàn)象。網(wǎng)格也只需劃分一半即可，對于船的首部和尾部型線變化比較大的部位，就需要慢慢的進行調(diào)整，主要是對外板的調(diào)整，使其盡量均勻負荷要求。船的平行體部分劃分還是可以比較方便的劃分的。畫好的網(wǎng)格如圖4-2所示：</p><p>　　圖4-2 139m甲板運輸船模型</p><p><b>　　定義材料屬性</b></p><p

89、>　　彈性模量210000，泊松比0.3，密度7850定義殼單元屬性，厚度取12mm。施加水動力載荷，注意單元的朝向要一致。進行分析，生成FEM形式文件，此文件要在HydroD計算中導入。</p><p><b>　　4.2質(zhì)量模型</b></p><p>　　為了計算船體重力載荷及其分布產(chǎn)生的力矩，需要擁有全船質(zhì)量分布資料。研究船體在波浪上的運動，必須有正確的

90、重量、重心位置、質(zhì)量慣性矩等，才有可能計算得到與實船相一致的運動性能。</p><p>　　通過調(diào)整全船結(jié)構(gòu)有限元模型中構(gòu)件單元的密度，可以由程序自動計算結(jié)構(gòu)重量。由于在模型中略去了一些次要的構(gòu)件，且不含有固定設備的重量，舾裝件等其它非船體結(jié)構(gòu)的重量,因此直接計算得到的結(jié)構(gòu)重量總是小于實際的空船重量,重心位置也與空船重心不相符。為此需要參照實際空船重量及其分布情況的資料，調(diào)整結(jié)構(gòu)模型各部分的材料密度值，使結(jié)構(gòu)模型

91、直接計算得到的結(jié)構(gòu)自重與空船重量相符。</p><p>　　對于船上的貨物及設備等其它裝載重量，根據(jù)實際重量資料，將其分配到相關的節(jié)點上，由各節(jié)點附加質(zhì)量在重力加速度作用下產(chǎn)生節(jié)點重力，由各節(jié)點質(zhì)量構(gòu)成的數(shù)據(jù)組，形成全船質(zhì)量模型，并且全船的重量重心與浮心位置在縱向上基本一致。這樣計算得到的全船質(zhì)量模型可以與實船的真實重量分布基本一致。</p><p>　　圖4-3 139m甲板運輸船

92、質(zhì)量模型</p><p>　　圖4-4到圖4-7為不同裝載工況下的質(zhì)量模型</p><p>　　圖4-4 為滿載出港工況下的質(zhì)量模型的重心高度為9.291m</p><p>　　圖4-5 為滿載到港工況下的質(zhì)量模型的重心高度為10.198m</p><p>　　圖4-6 為壓載出港工況下質(zhì)量型的重心高度為4.455m</p>

93、<p>　　圖4-7 為壓載到港工況下質(zhì)量模型重心高度為4.465m</p><p><b>　　4.3 水動力計算</b></p><p>　　眾所周知，外載荷、結(jié)構(gòu)響應和強度標準是評定艦船與海洋工程結(jié)構(gòu)物安全的3 個相互關聯(lián)的重要因素。其中，合理的確定載荷是正確評定結(jié)構(gòu)安全性的基礎和關鍵。艦船與海洋工程結(jié)構(gòu)在其壽命期內(nèi)將遭受的外力主要有結(jié)構(gòu)自重、環(huán)境載荷

94、、作業(yè)載荷和偶然性載荷。其中，環(huán)境載荷中的波浪載荷是所有外載荷中最為復雜、最關鍵的載荷。人們對船與海洋工程結(jié)構(gòu)所受的波浪載荷，進行了長期的研究，并形成了經(jīng)驗公式、數(shù)值預報與模型試驗3種技術(shù)手段水動力分析可獲得海洋結(jié)構(gòu)物在波浪中的運動、特征剖面上的載荷和濕表面的水動壓力3 類響應。運動響應可用于耐波性分析、砰擊壓力預報、上浪分析以及慣性力計算等方面。特征剖面上的載荷響應用于結(jié)構(gòu)物的總體強度分析。不同的海洋結(jié)構(gòu)物，所關注的特征剖面上的載荷響

95、應也有所不同。如，關注“船”形浮體的橫向剖面的剪力、彎矩、扭矩等。濕表面的水動壓力響應是艙段與全船有限元分析及其疲勞分析中必不可少的載荷參數(shù)。</p><p>　　水動力分析的目的是研究浮體在海浪中的動態(tài)響應。海浪是各態(tài)歷經(jīng)的平穩(wěn)隨機過程,由無限多個頻率不等、方向不同、振幅變化而且相位雜亂的簡諧微幅波疊加而成。浮體在隨機不規(guī)則波中的響應譜可由單位波幅波中的響應(傳遞函數(shù)) 和海浪譜來確定。由此可知，浮體在規(guī)則波中

96、響應的分析是它在隨機不規(guī)則海浪中響應分析的基礎。水動力分析中，通常假定浮體所處的海洋是均勻、不可壓縮、無粘和無旋的理想流場。因而，流場的速度勢滿足拉普拉斯方程，并滿足流場自由表面和底部條件、浮體物面條件以及初始條件與輻射條件。數(shù)學求解浮體水動力的困難在于完全滿足上述條件非線性定解問題。為此，人們引入了一定的假定，并作了簡化，形成了水動力分析理論。</p><p>　　運用SESAM程序系統(tǒng)中HydroD進行靜水力

97、計算。</p><p>　　首先進行基本環(huán)境定義，定義水域環(huán)境及海況，包括重力、空氣密度、水密度、吃水及波浪方向、波浪頻率等。波浪頻率的設置有周期、波頻或波浪角頻率。根據(jù)模型設計要求進行選擇，輸入數(shù)據(jù)。如圖4-8、圖4-9、圖4-10所示。</p><p>　　圖4-8 定義基本環(huán)境</p><p>　　圖4-9定義波浪頻率 4-10定義波

98、浪傳播角度圖</p><p>　　其次，建立水動力模型，導入已建好的139m甲板運輸船濕表面模型（panel model）。如圖4-11、圖4-12所示。</p><p>　　圖4-11新建水動力模型</p><p>　　圖4-12導入已建立的濕表面模型</p><p>　　查靜水彎矩計算書讀取船舯水線處的吃水，再通過船舯水線處（Z軸方向）的

99、吃水、縱傾來定義裝載工況（Load condition）。并將所讀取的數(shù)值輸入。如圖4-13所示。</p><p>　　圖4-13輸入裝載工況</p><p>　　通過SESAM建立panel模型，同時在panel模型上顯示出各個橫截面的三維圖形，沿船長通過點和面建立25個橫剖面（Load Cross Section）。見表4-1及圖4-14。</p><p>&l

100、t;b>　　表4-1橫截面位置</b></p><p>　　圖4-14 25個截面的分布情況</p><p>　　水動力分析通過軟件SESAM/Wadam進行，Wadam run包括Wadam計算的所有信息，先選擇正確的波浪方向及頻率、水動力模型、裝載工況和海洋狀況。輸入甲板運輸船的垂線間長，通過Maximum Print 輸出信息，如圖4-15所示。界面上的窗口就會顯

101、示出做好的模型數(shù)據(jù)菜單文件，如圖4-16所示。</p><p>　　圖 4-15輸入船舶垂線間長 圖 4-16模型數(shù)據(jù)菜單</p><p>　　動力模型都建立好后，就對甲板運輸船進行水動力分析，這時打開“Analysis Panel”對話框，選定需要計算的工況，點擊“Execute Wadam”，運行得出波浪載荷預報結(jié)果。如圖4-17、圖4-18所示。

102、</p><p>　　圖 4-17水動力分析工況選擇對話框</p><p>　　圖 4-18水動力分析計算對話框</p><p>　　通過水動力分析后，在HydroD文件下會生成EXCEL計算文件，里面將會得到必要的數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)就是本次課題研究所需要的，垂向波浪剪力和垂向波浪彎矩值，以及波浪散布概率。通過這些數(shù)據(jù)整理出各個裝載工況下垂向波浪剪力和垂向波浪彎矩分

103、布值，并將六個自由度下的不同波浪入射角所產(chǎn)生的船體運動整理成表格的形式（見附錄一、二）。</p><p><b>　　4.4本章小結(jié)</b></p><p>　　復雜船體結(jié)構(gòu)的模型化技術(shù)是進行全船有限元分析的基礎，準確構(gòu)建船體有限元模型是精確估計船舶波浪載荷的前提。因此本章是船舶波浪載荷分析計算過程中最為重要的一部分，否，在很大程度上決定了波浪載荷是否能得到良好的估計

104、。本章139m甲板運輸船為研究對象，詳細介紹了全船濕表面模型的建立為波浪載荷分析奠定了基礎，而質(zhì)量模型的建立使得最終的計算結(jié)果能較準確地反映出實船的重力和慣性力的真實分布，為水動力分析做了奠定，使得能夠較為準確的反映出139m甲板運輸船的垂向波浪剪力和垂向波浪彎矩和橫搖扭矩的長期預報。本章中對在實際運營中的海況做了較為準確的定義，浪向角，波浪頻率的定義都是符合實際規(guī)范的，如此能在有限元計算中很好的估計船舶所受的實際波浪載荷。</p

105、><p><b>　　數(shù)據(jù)結(jié)果分析</b></p><p>　　5.1同一種工況在不同浪向角情況下的波浪載荷</p><p><b>　　5.1.1滿載出港</b></p><p>　　圖5-1到圖5-3是滿載出港工況下不同浪向角作用時船體所受的波浪誘導垂向剪力、垂向彎矩、波浪扭矩。</p>

106、<p>　　圖 5-1滿載出港工況下不同浪向角的剪力值</p><p>　　圖 5-2滿載出港工況下不同浪向角的彎矩值</p><p>　　圖 5-3滿載出港工況下不同浪向角的扭矩值</p><p><b>　　5.1.2滿載到港</b></p><p>　　圖5-4到圖5-6是滿載到港工況下不同浪向角作用

107、時船體所受的波浪誘導垂向剪力、垂向彎矩、波浪扭矩。</p><p>　　圖 5-4滿載到港工況下不同浪向角的剪力圖</p><p>　　圖 5-5滿載到港工況下不同浪向角的彎矩圖</p><p>　　圖 5-6滿載到港工況下不同角度浪向角的扭矩圖</p><p><b>　　5.1.3壓載出港</b></p>

108、<p>　　圖5-7到圖5-9是壓載出港工況下不同浪向角作用時船體所受的波浪誘導垂向剪力、垂向彎矩、波浪扭矩。</p><p>　　圖 5-7壓載出港工況下不同浪向角的剪力值</p><p>　　圖 5-8壓載出港工況下不同浪向角的彎矩值</p><p>　　圖 5-9壓載出港工況下不同浪向角的扭矩值</p><p><

109、b>　　5.1.4壓載到港</b></p><p>　　圖5-10到圖5-12是壓載到港工況下不同浪向角作用時船體所受的波浪誘導垂向剪力、垂向彎矩、波浪扭矩。</p><p>　　圖 5-10壓載到港工況下不同浪向角的剪力值</p><p>　　圖 5-11壓載到港工況下不同浪向角的彎矩值</p><p>　　圖 5-12

110、壓載到港工況下不同浪向角的扭矩值</p><p>　　本節(jié)小結(jié)：由以上各圖可以得到以下結(jié)論同一工況在不同的浪向角作用下波浪扭矩在浪向角為90°時波浪扭矩值最大，在0°、180°時波浪扭矩值最小且值在0-90度和90-180度之間過渡，60°和120°、30°和150°的值相似，在滿載出港和滿載到港兩種情況下在距尾1/4處達到極值，壓載出港和壓載

111、到港兩種情況下在船中處達到最大值。彎矩在90°時達到最小值，0°、180°時達到最大值且都在船中處達到最大值。剪力在0°、180°時達到極大值，90°時達到最小值，且在距首尾1/4處達到極大值。</p><p>　　5.2同一浪向角時不同工況的波浪載荷</p><p>　　5.2.1裝載狀態(tài)對于波浪誘導垂向剪力、垂向彎矩的影<

112、;/p><p>　　圖5-13到圖5-26是波浪入射角為0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°時的不同裝載裝載下波浪誘導垂向剪力和波浪誘導垂向彎矩。本船船長為139m甲板運輸船，以不同裝載工況下在不同波浪入射角下的各垂向波浪剪力和各垂向波浪彎矩的對比曲線圖,共有滿載出港、滿載到港、壓載出港、壓在到港四種裝載工況。以下就是這四種工