斜浪中船舶參強(qiáng)激勵(lì)橫搖運(yùn)動(dòng)研究.pdf

1、船舶在斜浪中航行時(shí)，同時(shí)受到參數(shù)激勵(lì)和波浪強(qiáng)迫激勵(lì)的作用，易發(fā)生參強(qiáng)激勵(lì)橫搖運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致船舶大幅度橫搖運(yùn)動(dòng)甚至傾覆。
　　本文以大型C11集裝箱船為例探索斜浪中船舶參強(qiáng)激勵(lì)橫搖運(yùn)動(dòng)的力學(xué)機(jī)理，對(duì)指導(dǎo)船舶在惡劣海況下安全航行有重要意義。主要內(nèi)容如下:
　　船舶在波浪中運(yùn)動(dòng)時(shí)，垂蕩、縱搖對(duì)橫搖運(yùn)動(dòng)的影響較大，建立橫搖、垂蕩和縱搖三自由度的耦合運(yùn)動(dòng)微分方程，并考慮非線性的恢復(fù)力和橫搖阻尼力矩的影響。其中隨時(shí)間變化的橫搖恢復(fù)力矩是參數(shù)

2、激勵(lì)項(xiàng)，根據(jù)瞬時(shí)船舶與波浪的相對(duì)位置，編制瞬時(shí)非線性恢復(fù)力程序;橫搖非線性阻尼采用線性加立方阻尼的形式，阻尼系數(shù)由實(shí)驗(yàn)獲得;而附加質(zhì)量系數(shù)、線性垂蕩和縱搖阻尼系數(shù)，以及波浪強(qiáng)迫激勵(lì)采用三維勢(shì)流理論計(jì)算。并采用龍格庫(kù)塔方法數(shù)值求解船舶運(yùn)動(dòng)微分方程，分析相關(guān)因素的影響。
　　同時(shí)提出了一種簡(jiǎn)單預(yù)報(bào)斜浪中參強(qiáng)激勵(lì)橫搖運(yùn)動(dòng)的方法，即考慮簡(jiǎn)諧變化的垂蕩和縱搖運(yùn)動(dòng)，以及初始波峰位置的影響，以瞬時(shí)恢復(fù)力程序?yàn)榛A(chǔ)計(jì)算時(shí)變的初穩(wěn)心高，建立1.5自

3、由度的橫搖運(yùn)動(dòng)微分方程，應(yīng)用龍格庫(kù)塔方法求解橫搖運(yùn)動(dòng)解微分方程。數(shù)值分析發(fā)現(xiàn)船舶大幅度橫搖運(yùn)動(dòng)時(shí)，初穩(wěn)心高呈單一頻率簡(jiǎn)諧變化，將其擬合成簡(jiǎn)諧函數(shù)，并代入到橫搖運(yùn)動(dòng)微分方程，應(yīng)用多尺度法求解其近似解析解，并根據(jù)弗洛凱理論分析解的穩(wěn)定性，確定船舶發(fā)生參強(qiáng)激勵(lì)橫搖運(yùn)動(dòng)的參數(shù)范圍。
　　通過(guò)以上研究可以得到以下結(jié)論:斜浪中船舶參強(qiáng)激勵(lì)橫搖運(yùn)動(dòng)屬于多頻響應(yīng)，包括波浪激勵(lì)頻率及主參數(shù)共振頻率。在滿(mǎn)足參數(shù)橫搖發(fā)生條件時(shí)，改變初始時(shí)刻波峰位置，船

4、舶參強(qiáng)激勵(lì)橫搖運(yùn)動(dòng)可能會(huì)消失。對(duì)于C11集裝箱船，船舶在首斜浪航行容易發(fā)生參強(qiáng)激勵(lì)橫搖運(yùn)動(dòng)，比在尾斜浪中航行危險(xiǎn)。同時(shí)隨著波高的增大，船舶發(fā)生參強(qiáng)激勵(lì)橫搖的波長(zhǎng)、航速和航向角范圍也隨之?dāng)U大。
　　通過(guò)解的穩(wěn)定域，可以確定船舶在斜浪中發(fā)生參強(qiáng)激勵(lì)橫搖的波高、遭遇頻率與橫搖固有頻率比的范圍;同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)隨著波高的增大，頻率比范圍擴(kuò)大;波高繼續(xù)增大，頻率比范圍有減小的趨勢(shì)。通過(guò)橫搖運(yùn)動(dòng)隨遭遇頻率變化的分岔曲線，可以確定船舶發(fā)生參強(qiáng)激勵(lì)橫