较大周期波浪作用下大型系泊(LNG)船舶运动响应试验研究
大型LNG船旁自在风浪流共同作用下的系泊试验研究
物理模 型试验 以测ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ船舶在风 、 浪、 流联合作用下 、 不 同工况组合条件下船舶运动量最大值 、 最 大缆绳拉
力、 以及船舶对护舷撞击 能量 和撞击力 ， 同时试验针对 ２ ６ ． ６ 万 ｍ ， 船 型分别在 ３ ７ ０ ｍ和 ３ ９ ０ ｍ两种泊位
长度进行 了对 比论证 ， 并 对两 种系缆方式 （ ３ ３ ２ ２和 ４ ２ ２ ２ ） 进行 了对 比试 验。 结果表 明， 系泊条件 随着泊位 长度缩短有改善趋势 ， 运动量平均减少约 １ ０ ％， 系缆力减幅约 ４ ％～ １ １ ％， 撞击力改变不 明显。 试验条件下 各运动量均能够满足 Ｐ Ｉ Ａ Ｎ Ｃ推荐值 ， 系缆力 除波周期在 １ ０ ｓ 和ｌ ２ ｓ 时个别组次有超标外均能满足缆绳 设计要求 ， 其中系缆方 式 ３ ３ ２ ２比 ４ ２ ２ ２要略好一些。 各船型对护舷的撞 击力和撞 击能量均小 于所选 护舷
高 峰 ， 王炜正 ， 李 焱 １
（ １ ． 交通运 输部 天津水运 工程 科学研 究所 工程 泥 沙交通行 业重 点实验 室 ， 天津 ３ ０ ０ ４ ５ ６ ；
２ ． 中交 第二航 务工 程勘察 设计 院有 限公 司， 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ １ ）
摘 要： 为满足山东 Ｌ Ｎ Ｇ项 目接收站码头工程设计 和码头使用指南制定依 据的需要 ， 进行 了 Ｌ Ｎ Ｇ船模
的设计标准值 ， 均满足设计要求 。 关键词 ： Ｌ Ｎ Ｇ； 系泊试验 ； 运动量 ； 系缆力 ； 撞击力
中 图分 类 号 ： ｒ ｒ Ｖ １ ４ ３ ； Ｕ ６ ６ １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号： １ ０ ０ ５ — ８ ４ ４ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ３ ９ ８ — ０ ５
系泊船舶试验中风荷载的模拟
系泊船舶试验中风荷载的模拟汤本靖;陈德春;周益人;张金刚【摘要】基于大型LNG船舶系泊物理模型试验,对2种试验室风荷载模拟实现技术(风机法与挂重法)进行分析与对比.由风压力试验结果得出“风机法模拟风荷载结果与多个常用经验公式计算结果相差不大”的结论.风浪联合作用下的船舶系泊模型试验结果表明:单纯风工况下2种方法测得的系缆力有所差异,但叠加波浪荷载后这种差异变小且不同位置缆绳受力分配状况也有所改善.对上述结论及其形成原因进行与探讨,为船舶系泊物理模型试验中风荷载的合理模拟提供借鉴.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2013(000)012【总页数】5页(P30-34)【关键词】风荷载;模拟方法;船舶系泊;物理模型;系缆力【作者】汤本靖;陈德春;周益人;张金刚【作者单位】河海大学港口海岸及近海工程学院,江苏南京210098;河海大学港口海岸及近海工程学院,江苏南京210098;南京水利科学研究院河港所,江苏南京210024;河海大学港口海岸及近海工程学院,江苏南京210098【正文语种】中文【中图分类】U661.1液化天然气(LNG)作为清洁、高效、储量丰富的新兴能源在我国的能源消费中所占的比重越来越大。
作为海上运输LNG主要工具的LNG船是一种危险品运输船,LNG泄露能对周围环境、人员及船舶本身造成巨大的危害,因此对其在运输及装卸过程中的安全要求都远较其他船型严格[1]。
特别是在LNG船舶港内作业过程中,必须使其系缆力、船舶运动量及对码头的撞击力在安全范围内[2-3]。
进行船舶系泊研究主要有物理模型试验和数学模型计算2种方法,但因影响船舶系泊状态的因素十分复杂,所以国内多认为前者结果较为可靠。
因LNG船舶尺度大、吃水浅、受风面积很大,所以风荷载对其影响远较其他船型显著。
目前,系泊试验中风荷载的模拟方法主要有风机法和挂重法2种:前者通过一组或多组风机组成风阵在模型区域内模拟风场来实现;后者通过相关公式计算出既定风速条件下原型所受风荷载,折合成模型风荷载后用挂重物的方式模拟。
不规则波下船舶运动响应特征数值分析
㊀㊀文章编号：１００５⁃９８６５（２０２１）０３⁃００３１⁃１１不规则波下船舶运动响应特征数值分析杜一豪１，纪㊀翀１，姜胜超１，２，顾丹丹３，米晓林３（１．大连理工大学船舶工程学院，辽宁大连㊀１１６０２４；２．大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连㊀１１６０２４；３．电磁散射重点实验室，上海㊀２００４３８）摘㊀要：针对不规则波浪作用下Ｗｉｇｌｅｙ型船的运动响应问题进行了系统的研究，采用统计学方法深入探讨了船舶不规则运动幅值和响应周期的分布规律，并通过傅里叶变换对船舶运动响应进行了频谱特征分析㊂结果表明，船舶横摇方向与升沉和纵摇方向随机运动的响应特征有显著差异㊂在升沉与纵摇方向，波浪谱峰频率远离自振频率，前十分之一大振幅运动对应周期离散性较小，基本稳定在波浪谱峰周期附近，但小振幅运动周期分布离散性较大，频谱分析指出船舶升沉与纵摇运动响应频谱在波浪谱峰频率附近出现明显峰值㊂而在横摇方向，波浪谱峰频率与自振频率相耦合，不同振幅的横摇运动响应周期均稳定在自振周期附近，且周期离散性较小，频谱分析也表明横摇运动响应频谱主要集中于船舶运动自振频率附近㊂关键词：不规则波；运动响应；时域模拟；ＨｙｄｒｏＳｔａｒ；频谱分析中图分类号：Ｕ６６１．３２㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀ＤＯＩ：１０．１６４８３／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５⁃９８６５．２０２１．０３．００４收稿日期：２０２０⁃０５⁃１６基金项目：国家自然科学基本资助项目（５１９０９０２７，６１９０１２６９）；中央高校基本科研业务费资助（ＤＵＴ２１ＬＫ１２）作者简介：杜一豪（１９９５⁃），男，山东临沂人，硕士研究生，主要从事波浪对海上建筑物作用方面的研究㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｄｕｙｉｈａｏ＠ｍａｉｌ．ｄｌｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ通信作者：姜胜超（１９８４⁃），男，辽宁沈阳人，副教授，主要从事波浪对海上建筑物作用方面的研究㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｊｉａｎｇｓｈｅｎｇｃｈａｏ＠ｆｏｘｍａｉｌ．ｃｏｍＮｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｈｉｐｍｏｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎｉｒｒｅｇｕｌａｒｗａｖｅｓＤＵＹｉｈａｏ１，ＪＩＣｈｏｎｇ１，ＪＩＡＮＧＳｈｅｎｇｃｈａｏ１，２，ＧＵＤａｎｄａｎ３，ＭＩＸｉａｏｌｉｎ３（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＮａｖａｌＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６０２４，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｏａｓｔａｌａｎｄＯｆｆｓｈｏｒｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６０２４，Ｃｈｉｎａ；３．ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｎＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＳｃａｔｔｅｒｉｎｇＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００４３８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｍｏｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｓｏｆＷｉｇｌｅｙｓｈｉｐｉｎｉｒｒｅｇｕｌａｒｗａｖｅｓａｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ．Ｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｍｐｌｉｔｕｄｅａｎｄｒｅｓｐｏｎｓｅｐｅｒｉｏｄｏｆｒａｎｄｏｍｍｏｔｉｏｎｉｎｉｒｒｅｇｕｌａｒｗａｖｅｓｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄｂｙｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｓｐｅｃｔｒａｏｆｓｈｉｐｍｏｔｉｏｎａｒｅａｌｓｏｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｓｐｅｃｔｒａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｅａｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｉｎｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｒａｎｄｏｍｍｏｔｉｏｎｉｎｔｈｅｒｏｌｌｉｎｇｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ｈｅａｖｉｎｇｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｎｄｐｉｔｃｈｉｎｇｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．Ｆｏｒｈｅａｖｉｎｇａｎｄｐｉｔｃｈｉｎｇｍｏｔｉｏｎ，ｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｐｅａｋｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｗａｖｅｓｐｅｃｔｒｕｍｉｓｆａｒａｗａｙｆｒｏｍｔｈｅｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｔｈｅｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｏｆｔｈｅｐｅｒｉｏｄｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｔｏｌａｒｇｅ⁃ａｍｐｌｉｔｕｄｅｍｏｔｉｏｎｉｓｓｍａｌｌ，ｗｈｉｃｈｉｓｂａｓｉｃａｌｌｙｓｔａｂｌｅｎｅａｒｔｈｅｐｅａｋｐｅｒｉｏｄｏｆｔｈｅｗａｖｅｓｐｅｃｔｒｕｍ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｏｆｔｈｅｐｅｒｉｏｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｔｏｓｍａｌｌ⁃ａｍｐｌｉｔｕｄｅｍｏｔｉｏｎｉｓｌａｒｇｅ．ＡｎｄＦｏｕｒｉｅｒａｎａｌｙｓｉｓｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｈｅａｖｉｎｇａｎｄｐｉｔｃｈｉｎｇｍｏｔｉｏｎｈａｓｏｂｖｉｏｕｓｐｅａｋｖａｌｕｅｓｎｅａｒｔｈｅｐｅａｋｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｗａｖｅｓｐｅｃｔｒｕｍ．Ｆｏｒｒｏｌｌｉｎｇｍｏｔｉｏｎ，ｓｉｎｃｅｔｈｅｐｅａｋｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｗａｖｅｓｐｅｃｔｒｕｍｉｓｃｏｕｐｌｅｄｗｉｔｈｔｈｅｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｐｅｒｉｏｄｏｆｒｏｌｌｉｎｇｍｏｔｉｏｎｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｍｐｌｉｔｕｄｅｓｉｓｓｔａｂｌｅｎｅａｒｔｈｅｎａｔｕｒａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｐｅｒｉｏｄａｎｄｔｈｅｐｅｒｉｏｄｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｉｓｓｍａｌｌ．Ｔｈｅｓｐｅｃｔｒｕｍａｎａｌｙｓｉｓａｌｓｏｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆｒｏｌｌｉｎｇｍｏｔｉｏｎｉｓｍａｉｎｌｙｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄｎｅａｒｔｈｅｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｓｈｉｐｍｏｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｒｒｅｇｕｌａｒｗａｖｅｓ；ｍｏｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｓ；ｔｉｍｅｄｏｍａｉｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ＨｙｄｒｏＳｔａｒ；ｓｐｅｃｔｒｕｍａｎａｌｙｓｉｓ波浪是船舶在海上航行时经受的主要外部载荷，直接影响船舶与海洋结构物在海上的航行状态和工作性能㊂船舶在波浪中的运动响应一直是船舶水动力学和试验研究的热点问题㊂长时间以来，人们采用规则第３９卷第３期２０２１年５月海洋工程ＴＨＥＯＣＥＡＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＶｏｌ．３９Ｎｏ．３Ｍａｙ２０２１波对船舶耐波性问题进行研究，包括船舶水动力性能㊁波浪载荷和船舶运动响应等问题，并取得了比较完备的研究方法与大量的成果［１⁃４］㊂但是，船舶耐波性问题是动力学问题，将真实海况随机波浪简化为规则波的方法实际上是将具有一定频率分布的波浪谱简化为狄拉克函数谱，忽略了大量动力学影响㊂因此，使用不规则波理论来模拟，才能更为准确地描述出船舶在真实海况的运动响应情况㊂目前，大多数研究采用长峰不规则波或短峰不规则波来模拟真实海况㊂Ｈｕａ等［５］基于线性理论，采用长峰不规则波研究了船舶在不规则波中的强非线性横摇性能㊂Ｃａｒｒｉｃａ等［６⁃７］使用ＣＦＤ方法研究了黏性流中船舶在长峰不规则波作用下的运动响应㊂Ｌｕｑｕｅｔｈ等［８］将黏性流理论中ＳＷＥＮＳＥ方法推广到不规则波６自由度舰船的仿真中㊂马洁等［９］采用ＩＴＴＣ单参数标准海浪谱模拟了不规则海浪作用下船舶线性横摇㊁纵摇运动，讨论了不同船型和不同航态下船舶运动规律㊂吴乘胜等［１０⁃１１］基于黏性数值波浪水池技术对不规则波进行了模拟并研究了船舶顶浪航行的运动响应问题㊂郑文涛等［１２］开展了船舶在随机波浪作用下运动的模型试验，着重探讨了短峰波的方向扩散性对船舶运动的影响㊂陈京普等［１３⁃１４］建立了船舶在长峰和短峰不规则波中时域数值模拟方法，并研究了１０万ｔ油轮在长峰和短峰不规则波中的运动响应问题㊂ＳＨＥＮ等［１５］利用ＵＲＡＮＳ⁃ＶＯＦ方法对长峰波中船舶运动响应进行数值预测，通过白噪声谱生成入射波进而对船舶运动进行预报㊂石博文等［１６］在利用ＣＦＤ方法生成具有较高精度的不规则波的基础上，对ＤＴＭＢ５５１２船模的顶浪纵摇和垂荡运动进行了数值模拟㊂相比于规则波，不规则波由于所含的频率范围较大，一旦不规则波列中包含有较多船舶响应敏感的频率成分，则可导致船舶激烈的运动，船舶运动响应规律会更加复杂㊂但是目前对不规则波数值模拟的研究，多数只给出船舶运动历时曲线，而对不规则波作用下船舶运动统计规律缺乏深入的研究㊂实际上，海上波浪变化多样，不仅需要模拟高精度的波浪环境，船舶运动响应的统计学规律对预测实际船舶的耐波性也至关重要㊂基于线性势流理论，以Ｗｉｇｌｅｙ型船为研究对象，采用Ｊｏｎｓｗａｐ谱的长峰不规则波，借助水动力软件ＨｙｄｒｏＳｔａｒ对随机波浪中船舶升沉㊁横摇和纵摇运动进行数值模拟，对运动响应的统计学规律进行了深入研究㊂以５级海况条件为典型计算工况，深入剖析不规则波条件下船舶运动振幅和响应周期等响应规律，并比较了不同波浪谱峰频率对运动响应的影响㊂１㊀控制方程和数值方法基于势流理论，在流体无黏且运动无旋假设下，对于不可压缩流体，流场存在速度势Φ（ｘ，ｔ），且满足拉普拉斯方程：Ñ２Φ＝０（１）对于简谐波与结构物作用问题，结构的运动响应也应是同频率下的简谐运动㊂从速度势Φ（ｘ，ｔ）中分离出时间因子ｅ－ｉωｔ，即：Φ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）＝Ｒｅ［φ（ｘ，ｙ，ｚ）ｅ－ｉωｔ］（２）式中：φ为空间复速度势，φ仍满足拉普拉斯方程㊂对于运动的物体，可以将φ分解为入射势φｉ㊁绕射势φｄ和辐射势φｒ，即：φ＝φｉ＋φｄ＋φｒ（３）辐射势φｒ按物体运动的６个分量分解为：φｒ＝ð６ｊ＝１－ｉωξｊφｊ，㊀ｊ＝１，２， ，６（４）采用边界元方法进行求解，记φ７＝φｄ，对绕射势和辐射势可建立如下边界积分方程：１２φｊ（ｘ０）－∬Ｓｂφｊ（ｘ）∂Ｇ（ｘ，ｘ０）∂ｎｄＳ＝－∬ＳｂＧ（ｘ，ｘ０）ｎｊｄＳ，ｊ＝１，２，３，４，５，６∬ＳｂＧ（ｘ，ｘ０）∂φ０（ｘ）∂ｎｄＳ，ｊ＝７ìîíïïïïïï（５）２３海㊀㊀洋㊀㊀工㊀㊀程第３９卷根据式（５）可求得绕射势和辐射势，进而由伯努利方程获得流体压强㊂通过对瞬时湿物面Ｓ进行流体压强积分得到波浪作用力，进一步将其展开到物体表面平均位置Ｓｍ，使用线性化伯努利方程得到物体在静水中的湿表面ＳＢ上的波浪作用力为：ｆ＝∬ＳＢｐｎｄＳ＝－ρ∬ＳＢｇｚ－ｉω（φｉ＋φｄ＋φｒ）[]ｎｄＳ－ρｇ∬ＳＢξ＋αˑ（ｘ－ｘｃ）[]㊃ｎ３ｎｄＳ＋Ｏ（ε２）（６）式中：ξ为平动位移；α为转角㊂刚性浮体的运动响应通过刚体运动方程确定：－ω２（Ｍ＋ａ）－ｉω（Ｂ＋ｂ）＋（Ｋ＋Ｃ）[]ξ{}＝ｆｅｘ{}（７）采用脉动响应函数方法，利用频域下激振力㊁附加质量和辐射阻尼，通过傅里叶变换求得时域下结构物的运动响应㊂物体在时域内的方程为：ð６ｊ＝１Ｍｋｊ＋ｍｋｊ()ξ㊃㊃ｊ（ｔ）＋ʏｔ０ξ㊃ｊ（τ）Ｋｋｊ（ｔ－τ）ｄτ＋Ｂｋｊξ㊃ｊ（ｔ）＋Ｃｋｊξｊ（ｔ）[]＝Ｆｋ（ｔ）（８）式中：Ｍｋｊ和Ｃｋｊ为物体广义质量和恢复力系数，Ｂｋｊξ㊃ｊ（ｔ）为系统的黏性因素等产生的阻尼，Ｆｋ（ｔ）为波浪激振力㊂２㊀数值模拟设置及其验证采用上述数值模型对细长体Ｗｉｇｌｅｙ船模型在波浪作用下运动响应展开数值研究，其中，Ｗｉｇｌｅｙ型船模型定义为：２ｙｘ，ｚ()Ｂ＝１－ｚＤæèçöø÷２éëêêùûúú１－２ｘＬｐｐæèçöø÷２éëêêùûúú１＋０．２２ｘＬｐｐæèçöø÷２éëêêùûúú（９）式中：Ｌｐｐ，Ｂ，Ｄ分别表示静水时的水线长㊁船宽和吃水㊂计算所用Ｗｉｇｌｅｙ船模型尺寸为Ｌｐｐ＝１００ｍ，Ｂ＝１０ｍ，Ｄ＝６．２５ｍ，对应其他力学参数及自振频率如表１所示㊂表１㊀船模质量属性Ｔａｂ．１㊀Ｑｕａｌｉｔｙａｔｔｒｉｂｕｔｅｓ参㊀数Ｗｉｇｌｅｙ型船排水体积Δ／ｍ３２７７０．０５重心高度ｈ／ｍ５．６７横摇惯性矩ｋｘｘ／ｍ３．５０纵摇惯性半径ｋｙｙ／ｍ２５．００参㊀数Ｗｉｇｌｅｙ型船升沉自振频率ω３／（ｒａｄ㊃ｓ－１）１．３１横摇自振频率ω４／（ｒａｄ㊃ｓ－１）１．０６纵摇自振频率ω５／（ｒａｄ㊃ｓ－１）１．２４㊀㊀首先对网格收敛性进行了验证㊂分别使用３组不同尺寸的网格进行数值模拟，网格数量分别为５０４０个（Ｍｅｓｈ１）㊁９１２０个（Ｍｅｓｈ２）和１９０４０个（Ｍｅｓｈ３）㊂通过频域求解得到Ｗｉｇｌｅｙ船的附加质量㊁辐射阻尼和激振力，如图１㊁图２㊁图３所示㊂从图中可以看出，３组网格所得数据相互吻合较好，证明了方法所采用网格的正确性㊂综合考虑计算精度和计算成本，数值模拟均采用９１２０网格方案（Ｍｅｓｈ２）进行，计算网格如图４所示㊂图１㊀附加质量Ｆｉｇ．１㊀Ａｄｄｅｄｍａｓｓ３３第３期杜一豪，等：不规则波下船舶运动响应特征数值分析图２㊀辐射阻尼Ｆｉｇ．２㊀Ｒａｄｉａｔｉｏｎｄａｍｐｉｎｇ图３㊀波浪激振力Ｆｉｇ．３㊀Ｗａｖｅｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｆｏｒｃｅ图４㊀计算网格Ｆｉｇ．４㊀Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｇｒｉｄｓ为了验证该数值模拟的可靠性，将数值模拟计算的Ｗｉｇｌｅｙ船水动力系数与文献［１７］中的试验值进行对比，文献中的船模主尺度如表２所示，根据重力相似准则，无因次化后的对比结果如图５㊁图６所示，可以看到，数值模拟结果与试验值在大部分频率范围内能较好地吻合，说明该数值模拟有较高的可靠性㊂进一步计算求得Ｗｉｇｌｅｙ船模的升沉㊁横摇㊁纵摇ＲＡＯ曲线，如图７所示，从图中可以看到升沉和横摇曲线峰值频率分别为１．３０ｒａｄ／ｓ㊁１．０５ｒａｄ／ｓ，纵摇曲线第二个峰值频率为１．２５ｒａｄ／ｓ，与计算所得的自振频率相互符合㊂表２㊀文献［１７］中船模主尺度Ｔａｂ．２㊀Ｐｒｉｎｃｉｐａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ参数船长Ｌ／ｍ船宽Ｂ／ｍ吃水Ｄ／ｍ排水体积Δ／ｍ３纵摇惯性半径ｋｙｙ／ｍ数值３．００．３０．１８７５０．０７８０．７５图５㊀附加质量Ｆｉｇ．５㊀Ａｄｄｅｄｍａｓｓ㊀㊀４３海㊀㊀洋㊀㊀工㊀㊀程第３９卷图６㊀辐射阻尼Ｆｉｇ．６㊀Ｒａｄｉａｔｉｏｎｄａｍｐｉｎｇ图７㊀船舶运动ＲＡＯ曲线Ｆｉｇ．７㊀ＭｏｔｉｏｎＲＡＯｓｏｆｓｈｉｐ３㊀不规则波条件下船舶运动响应分析３．１㊀海况条件与船舶运动响应基本特征为研究不规则波浪作用下船舶运动响应特征，采用Ｊｏｎｓｗａｐ谱为入射波浪谱，选取５级海况作为典型海图８㊀５级海况条件下对应的波浪谱Ｆｉｇ．８㊀Ｗａｖｅｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆｆｉｖｅ⁃ｌｅｖｅｌｓｅａｓｔａｔｅ况对船舶运动响应情况进行数值研究，其中，５级海况对应的有效波高和谱峰周期分别为Ｈｓ＝３．０３ｍ㊁Ｔｐ＝６．２０ｓ，实际Ｊｏｎｓｗａｐ谱如图８所示㊂在时域模拟中，模拟时长为３６００ｓ，时间步长取０．１ｓ㊂Ｗｉｇｌｅｙ船升沉㊁横摇与纵摇３个方向的典型运动历时曲线如图９所示㊂从图中可以看出，船模运动振幅呈现出不规则波运动的状态，采用上跨零点法统计三者分别为５２２㊁６００㊁５３４个完整运动响应组成，说明取得的运动响应结果满足不规则波平稳性与各态历经性的统计要求㊂进一步对１２００ ２４００ｓ㊁２４００ ３６００ｓ两个时间段的运动响应特征进行统计分析，如表３所示，可以看出，两者统计数据接近，说明１２００ ３６００ｓ时间段内，船体运动已经进入稳定状态，统计结果不随时间的变化改变㊂上述结果说明文中计算结果可以作为典型运动响应工况进行统计分析㊂以下分析选１５００ ３０００ｓ时间历程作为样本进行统计㊂表３㊀船舶运动响应统计数据Ｔａｂ．３㊀Ｒｅｓｕｌｔｓｏｆｓｈｉｐｍｏｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｓ运动时间段ＡａｖｅＡ１／３ＴａｖｅＴ１／３升沉１２００ ２４００ｓ０．１８ｍ０．１１ｍ７．２９ｓ６．８１ｓ２４００ ３６００ｓ０．１７ｍ０．１１ｍ７．３８ｓ６．８２ｓ横摇１２００ ２４００ｓ３６．３７ʎ２２．１４ʎ５．５９ｓ５．９４ｓ２４００ ３６００ｓ３６．３５ʎ２３．４２ʎ５．９４ｓ５．９７ｓ纵摇１２００ ２４００ｓ１．２２ʎ０．７５ʎ７．２１ｓ６．６３ｓ２４００ ３６００ｓ１．１６ʎ０．７４ʎ７．２３ｓ６．７４ｓ５３第３期杜一豪，等：不规则波下船舶运动响应特征数值分析图９㊀船舶运动响应历程线Ｆｉｇ．９㊀Ｍｏｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｓｏｆｓｈｉｐ３．２ 船舶运动历时曲线概率密度分析对样本内船舶运动历时曲线的概率密度进行统计，历时曲线概率密度如图１０ １２所示，从图中可以看出，船舶升沉㊁横摇㊁纵摇３个方向上的运动时间历程概率密度分布基本符合高斯分布，高斯分布位置函数为ζ（ｔ）＝０，即船舶平衡位置㊂进一步对比历时曲线概率密度，可以看出，不同角度波浪作用时，将不同程度的影响历时曲线概率密度的形状㊂对于升沉运动，对比图１０（ａ）㊁（ｂ）和（ｃ）可以发现，历时曲线概率密度的形状发生显著变化，图１０（ａ）和（ｂ）中相关系数Ｒ２分别为０．９８１７９和０．９７２６１，此时Ｒ２＜０．９９，说明此时概率密度分布与高斯分布吻合程度稍差；而图１０（ｃ）中Ｒ２＝０．９９６５５＞０．９９，说明此时概率密度分布与高斯分布吻合程度较高㊂而对于横摇运动和纵摇运动，从图１１和１２可以看出，历时曲线概率密度的形状变化较小，图１１和１２中相关系数Ｒ２＞０．９９，说明横摇和纵摇运动时间历程的概率密度分布与高斯分布高斯积分吻合程度较高㊂此外，不同角度波浪作用会影响不同运动曲线点出现的概率值，并且影响高斯分布的宽度，实际反映了船舶运动最大振幅㊂以升沉运动为例，从图１０可以发现，不同角度波浪作用时船舶运动振幅不同，横浪时升沉运动幅度最大㊂图１０㊀升沉运动历时曲线概率密度Ｆｉｇ．１０㊀Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｄｅｎｓｉｔｙｏｆｈｅａｖｅｍｏｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅ６３海㊀㊀洋㊀㊀工㊀㊀程第３９卷图１１㊀纵摇运动历时曲线概率密度Ｆｉｇ．１１㊀Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｄｅｎｓｉｔｙｏｆｐｉｔｃｈｍｏｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅ图１２㊀横摇运动历时曲线概率密度Ｆｉｇ．１２㊀Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｄｅｎｓｉｔｙｏｆｒｏｌｌｍｏｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅ３．３ 船舶运动响应振幅和周期分布为了对船舶运动响应振幅进行定量描述，采用上跨零点法对样本内船舶运动振幅与对应周期进行统计，将振幅按照从大到小顺序排列，并给出其对应周期如图１３所示㊂图１３㊀船舶运动幅度分布直方图Ｆｉｇ．１３㊀Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍｏｔｉｏｎａｍｐｌｉｔｕｄｅｓａｎｄｐｅｒｉｏｄｓ７３第３期杜一豪，等：不规则波下船舶运动响应特征数值分析首先从图１３（ａ）和（ｂ）中可以看出，不同振幅所对应的周期不同，具有随机的特征，但结合表５和表６的振幅和周期的统计特征可以看出，对于升沉㊁横摇和纵摇运动，均有Ａ１／１０ʈＡ４％和Ａ１／３（Ａｓ）ʈＡ１３％的统计关系，符合随机过程的统计特征㊂从图１３（ａ） （ｄ）可以看到，船舶升沉和纵摇运动周期离散性较大，但较大的运动振幅对应周期基本相同㊂表４给出了船舶运动周期标准差的统计数据，记前十分之一大振幅运动对应周期的标准差为σ１，后十分之一小振幅运动对应周期的标准差为σ２㊂以５级海况波浪０ʎ作用为例，升沉运动和纵摇运动对应的σ１分别为０．３７ｓ和０．３３ｓ，数值较小，说明大振幅响应周期基本相同㊂结合表５和图１３（ａ） （ｄ）可以看到，升沉运动前十分之一大振幅响应周期稳定在６．８３ｓ左右，纵摇运动前十分之一大振幅响应周期稳定在６．７５ｓ左右㊂而σ２分别为１．２８ｓ和２．２２ｓ，数值较大，说明小振幅对应周期差别较大㊂而对于横摇运动，从图１３（ｅ）和（ｆ）可以看出，横摇运动周期离散性较小㊂从表４可以看到５级海况波浪９０ʎ作用时，σ１＝０．２９ｓ，σ２＝０．３１ｓ，数值较小，并且σ１ʈσ２，说明船舶横摇运动响应周期基本相同，进一步从表５和图１３（ｅ）㊁（ｆ）得知，横摇运动响应周期稳定在６．１２ｓ左右㊂表４㊀船舶运动周期标准差统计表Ｔａｂ．４㊀Ｓｔａｎｄａｒｄｄｅｖｉａｔｉｏｎｏｆｐｅｒｉｏｄｓ运动浪向／（ʎ）σ１／ｓσ２／ｓ升沉运动００．３７１．２８４５０．３９２．２６９００．３９１．４６纵摇运动００．３３２．２２４５０．２５１．５１横摇运动９００．２９０．３１４５０．１４０．２３㊀㊀以升沉运动为例，对比不同波浪入射角度下的升沉运动振幅和响应周期，从表５和６可以看到，不同角度波浪入射对应的振幅不同，波浪入射角度从０ʎ到９０ʎ，升沉运动振幅Ａ１／１０和Ａ１／３显著增大，但对应周期则变化较小，基本稳定在５．７ ６．８ｓ范围内㊂横摇与纵摇运动振幅和周期变化与升沉运动相似㊂表５㊀运动振幅统计表Ｔａｂ．５㊀Ａｍｐｌｉｔｕｄｅｓｏｆｍｏｔｉｏｎ运动浪向／（ʎ）Ａ１／１０Ａ１／３（Ａｓ）ＡａｖｅＡ４％Ａ１３％升沉运动／ｍ００．２１０．１７０．１１０．２１０．１８４５０．４６０．３８０．２３０．４８０．３９９０２．２１１．７８１．１３２．２６１．８８纵摇运动／（ʎ）０１．４４１．１７０．７６１．４９１．１８４５３．１２２．５０１．５７３．２４２．６３横摇运动／（ʎ）９０４６．０９３６．８０２３．０５４７．７９３７．２３４５１８．７４１４．９０９．３８１８．５４１５．５１㊀㊀８３海㊀㊀洋㊀㊀工㊀㊀程第３９卷表６㊀纵摇运动振幅周期统计表Ｔａｂ．６㊀Ａｍｐｌｉｔｕｄｅｓａｎｄｐｅｒｉｏｄｓｏｆｐｉｔｃｈｍｏｔｉｏｎ运动浪向／（ʎ）Ｔ１／１０Ｔ１／３ＴａｖｅＴ４％Ｔ１３％升沉运动／ｍ０６．８３６．８１６．８３６．３８６．９４４５６．７８６．９１６．６１６．４２７．０６９０５．６８５．７８５．５９６．００６．２６纵摇运动／（ʎ）０６．７５６．８２６．７３７．０４７．２２４５６．３４６．３３６．２８６．５１６．１４横摇运动／（ʎ）９０６．１１６．１２６．１３５．９７５．８０４５６．４２６．４４６．４２６．３６６．９３３．４㊀不同谱峰频率下的船舶运动响应频谱分析为考虑不同不规则波浪参数对船舶运动响应特征的影响，基于５级海况，选取有效波高Ｈｓ＝３．０３ｍ，谱峰频率ωｐ＝０．５０ｒａｄ／ｓ㊁１．００ｒａｄ／ｓ㊁１．５０ｒａｄ／ｓ条件下船舶运动进行数值模拟，波浪谱如图１４所示㊂采用快速傅里叶变换（ＦＦＴ）算法分别对３种不同谱峰频率作用下船舶运动历时曲线进行分析，获得运动响应频谱曲线，并与波浪谱曲线进行对比，如图１５所示㊂从图中可以看出，波浪谱峰频率可以对船舶运动响应频率产生显著影响㊂对于升沉与纵摇运动的情况，ωｐ＝０．５０ｒａｄ／ｓ条件下波浪谱与船舶运动响应谱几乎重合㊂当ωｐ＝１．００ｒａｄ／ｓ与１．５０ｒａｄ／ｓ时，船舶运动响应频率均呈现双峰的特征，其中高频峰值出现在船舶自振频率附近，说明升沉和纵摇运动在波浪谱峰频率和自振频率范围内运动㊂对于横摇运动的情况，在横摇自振频率，即ω４＝１．０６ｒａｄ／ｓ附近，船舶运动频率均出现较大峰值，包括谱峰频率为ωｐ＝０．５０ｒａｄ／ｓ与１．５０ｒａｄ／ｓ时的情况㊂进一步分析可以看出，当ωｐ＝０．５０ｒａｄ／ｓ时，谱峰频率低于船舶自振频率，船舶运动响应谱在０．５０ｒａｄ／ｓ附近没有明显的峰值，运动响应谱仍为单峰特征，说明低频波浪能量对横摇运动贡献较小，横摇运动依然主要按照自振频率运动；当ωｐ＝１．５０ｒａｄ／ｓ时，谱峰频率高于船舶自振频率，船舶运动响应谱在波浪谱峰频率附近存在明显的峰值，运动响应谱呈现双峰的特征㊂图１４㊀不同谱峰频率对应的波浪谱Ｆｉｇ．１４㊀Ｗａｖｅｓｐｅｃｔｒｕｍｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｅａｋｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ９３第３期杜一豪，等：不规则波下船舶运动响应特征数值分析图１５㊀运动响应频域分析结果Ｆｉｇ．１５㊀Ａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｏｆｍｏｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｉｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎ４㊀结㊀语采用数值方法，对不规则波浪作用下Ｗｉｇｌｅｙ型船升沉㊁横摇和纵摇运动响应进行了模拟研究，采用统计学方法对时域运动响应特征进行了统计分析，通过分析比较运动时历的概率密度函数㊁运动振幅和响应周期的分布变化情况以及频谱变换的结果，得到了船舶运动的统计规律㊂数值结果表明，在不规则波作用下，船舶升沉㊁横摇㊁纵摇３个方向上运动时间历程的概率密度函数均基本符合高斯分布㊂船舶横摇方向与升沉及纵摇方向随机运动的响应特征有显著差异㊂在升沉与纵摇方向，波浪谱峰频率远离自振频率，前十分之一大振幅运动对应周期离散性较小，基本稳定在波浪谱峰周期附近，但小振幅运动周期分布离散性较大㊂而在横摇方向，波浪谱峰频率与自振频率相耦合，不同振幅的横摇运动响应周期均稳定在自振周期附近，且周期离散性较小㊂傅里叶分析表明，船舶运动频谱与入射波浪谱有显著差异，主要体现在船舶运动自振频率附近出现较大的频谱峰值㊂通过改变谱峰频率，比较船舶运动响应频谱发现，谱峰频率为０．５０ｒａｄ／ｓ时，升沉和纵摇运动主要依照谱峰频率运动，响应谱能量集中在０．５ｒａｄ／ｓ附近；谱峰频率为１．５０ｒａｄ／ｓ时，升沉和纵摇运动频率主要分布在１．２５ １．５０ｒａｄ／ｓ范围内㊂而谱峰频率在０．５０ｒａｄ／ｓ和１．５０ｒａｄ／ｓ时，横摇运动频率则均包含自振频率和谱峰频率㊂总之，不规则波作用下船舶横摇运动响应与升沉和纵摇方向具有不同的统计特征㊂文中的研究方法可适用于船舶在不规则波中的６自由度运动，为船舶时域运动预报提供了重要参考依据㊂参考文献：［１］㊀ＦＡＬＴＩＮＳＥＮＯＭ，ＭＩＣＨＥＬＳＥＮＦＣ．Ｍｏｔｉｏｎｓｏｆｌａｒｇｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｉｎｗａｖｅｓａｔｚｅｒｏｆｒｏｕｄｅｎｕｍｂｅｒ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎｔｈｅＤｙｎａｍｉｃｓｏｆＭａｒｉｎｅＶｅｈｉｃｌｅｓａｎｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓｉｎＷａｖｅｓ，１９７５，９０：３⁃１８．［２］㊀ＷＩＬＳＯＮＲ，ＬＥＩＪ，ＪＲＳＫ，ｅｔａｌ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｌａｒｇｅａｍｐｌｉｔｕｄｅｓｈｉｐｍｏｔｉｏｎｓｆｏｒｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｆｌｕｉｄ⁃ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ［Ｃ］ʊＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆ２７ｔｈＯＮＲＳｙｍｏｓｉｕｍｏｎＮａｖａｌＨｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ．２００８：２１６⁃２２７．［３］㊀李积德．船舶耐波性［Ｍ］．哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，２００７．（ＬＩＪｉｄｅ．Ｓｈｉｐｓｅａｋｅｅｐｉｎｇ［Ｍ］．Ｈａｒｂｉｎ：ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＰｒｅｓｓ，２００７．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））［４］㊀郭浩，王建华，万德成．不同波长下ＫＣＳ船运动响应与波浪增阻数值研究［Ｊ］．海洋工程，２０２０，３８（６）：１１⁃２３．（ＧＵＯＨａｏ，ＷＡＮＧＪｉａｎｈｕａ，ＷＡＮＤｅｃｈｅｎｇ．ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｎｏｆｗａｖｅｍｏｔｉｏｎｓａｎｄａｄｄｅｄｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆＫＣＳｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ［Ｊ］．ＴｈｅＯｃｅａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２０，３８（１６）：１１⁃２３．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））０４海㊀㊀洋㊀㊀工㊀㊀程第３９卷［５］㊀ＨＵＡＪ．ＦａｓｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｎｏｎｌｉｎｅａｒＧＭ⁃ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆａｓｈｉｐｉｎｉｒｒｅｇｕｌａｒｗａｖｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｉｐＭｅｃｈａｎｉｃｓ，２０００，３（４）：２５⁃３４．［６］㊀ＣＡＲＲＩＣＡＰＭ，ＷＩＬＳＯＮＲＶ，ＮＯＡＣＫＲ，ｅｔａｌ．Ａｄｙｎａｍｉｃｏｖｅｒｓｅｔｓｉｎｇｌｅ⁃ｐｈａｓｅＬｅｖｅｌ⁃ｓｅｔａｐｐｒｏａｃｈｆｏｒｖｉｓｃｏｕｓｓｈｉｐｆｌｏｗｓａｎｄｌａｒｇｅａｍｐｌｉｔｕｄｅｍｏｔｉｏｎｓａｎｄｍａｎｅｕｖｅｒｉｎｇ［Ｃ］ʊＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆ２６ｔｈＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＮａｖａｌＨｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ．２００６：１７⁃２２．［７］㊀ＣＡＲＲＩＣＡＰＭ，ＰＡＬＫＫＪ，ＨＯＳＳＥＩＮＩＨＳ，ｅｔａｌ．ＵＲＡＮＳａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｂｒｏａｃｈｉｎｇｅｖｅｎｔｉｎｉｒｒｅｇｕｌａｒｑｕａｒｔｅｒｉｎｇｓｅａｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｒｉｎｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，１３（４）：３９５⁃４０７．［８］㊀ＬＵＱＵＥＴＲ，ＤＵＣＲＯＺＥＴＧ，ＧＥＮＴＡＺＬ，ｅｔａｌ．ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＳＷＥＮＳＥｍｅｔｈｏｄｔｏｓｅａｋｅｅｐｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｉｎｉｒｒｅｇｕｌａｒＷａｖｅｓ［Ｃ］ʊＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆ９ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｉｎＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｈｉｐＨｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ．２００７．［９］㊀马洁，韩蕴韬，李国斌．不同航太下船舶运动规律仿真研究［Ｊ］．船舶科学技术，２００６，２８（１）：３２⁃３６．（ＭＡＪｉｅ，ＨＡＮＹｕｎｔａｏ，ＬＩＧｕｏｂｉｎ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｕｄｉｅｓｏｎｓｈｉｐ ｓｍｏｖｅｍｅｎｔｐａｔｔｅｒｎｕｎｄｅｒｔｈｅｖａｒｉｏｕｓｓａｉｌｉｎｇｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＳｈｉｐＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００６，８（１）：３２⁃３６．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））［１０］吴乘胜，朱德祥，顾民，等．数值波浪水池及顶浪中船舶水动力计算［Ｊ］．船舶力学，２００８，１２（２）：１６８⁃１７９．（ＷＵＣｈｅｎｇｓｈｅｎｇ，ＺＨＵＤｅｘｉａｎｇ，ＧＵＭｉｎ，ｅｔａｌ．Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｏｆｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｆｏｒｃｅｓｆｏｒａｓｈｉｐｉｎｒｅｇｕｌａｒｈｅａｄｉｎｇｗａｖｅｓｂｙａｖｉｓｃｏｕｓｎｕｍｅｒｉｃａｌｗａｖｅｔａｎｋ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｉｐＭｅｃｈａｎｉｃｓ，２００８，１２（２）：１６８⁃１７９．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））［１１］吴乘胜，朱德祥，顾民，等．数值波浪水池中船舶顶浪运动模拟研究［Ｊ］．船舶力学，２００８，１２（５）：６９２⁃６９６．（ＷＵＣｈｅｎｇｓｈｅｎｇ，ＺＨＵＤｅｘｉａｎｇ，ＧＵＭｉｎ，ｅｔａｌ．Ｎ⁃ＳＣＦＤｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｗａｖｅ⁃ｉｎｄｕｃｅｄｓｈｉｐｍｏｔｉｏｎｓｉｎｒｅｇｕｌａｒｈｅａｄｗａｖｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｉｐＭｅｃｈａｎｉｃｓ，２００８，１２（５）：６９２⁃６９６．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））［１２］郑文涛，匡晓锋，缪泉明，等．船舶在长峰波和短峰波中运动响应的模型试验研究［Ｃ］／／第九届全国水动力学学术会议暨第二十二届全国水动力学研讨会论文集．２００９：３５９⁃３６４．（ＺＨＥＮＧＷｅｎｔａｏ，ＫＵＡＮＧＸｉａｏｆｅｎｇ，ＭＩＡＯＱｕａｎｍｉｎｇ，ｅｔａｌ．Ｍｏｔｉｏｎｓｔｅｓｔｓｔｕｄｙｏｆｓｈｉｐｍｏｔｉｏｎｓｉｎｌｏｎｇ⁃ｃｒｅｓｔｅｄａｎｄｓｈｏｒｔ⁃ｃｒｅｓｔｅｄｉｒｒｅｇｕｌａｒｗａｖｅｓ［Ｃ］ʊＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ９ｔｈＮａｔｉｏｎａｌＣｏｎｇｒｅｓｓｏｎＨｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓａｎｄ２２ｎｄＮａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＨｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ．２００９：３５９⁃３６４．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））［１３］ＣＨＥＮＪ，ＺＨＵＤ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｗａｖｅ⁃ｉｎｄｕｃｅｄｓｈｉｐｍｏｔｉｏｎｓｉｎｔｉｍｅｄｏｍａｉｎｂｙａＲａｎｋｉｎｅｐａｎｅｌｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ，２０１０，２２（３）：３７３⁃３８０．［１４］陈京普，魏锦芳，朱德祥．船舶在长峰和短峰不规则波中运动的三维时域数值模拟［Ｊ］．水动力学研究与进展，Ａ辑，２０１１，２６（５）：５８９⁃５９６．（ＣＨＥＮＪｉｎｇｐｕ，ＷＥＩＪｉｎｆａｎｇ，ＺＨＵＤｅｘｉａｎｇ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｓｈｉｐｍｏｔｉｏｎｓｉｎｌｏｎｇ⁃ｃｒｅｓｔｅｄａｎｄｓｈｏｒｔ⁃ｃｒｅｓｔｅｄｉｒｒｅｇｕｌａｒｗａｖｅｓｂｙａ３Ｄｔｉｍｅｄｏｍａｉｎｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ，２０１１，２６（５）：５８９⁃５９６．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））［１５］ＳＨＥＮＺ，ＹＥＨ，ＷＡＮＤ．ＵＲＡＮＳｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｓｈｉｐｍｏｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｓｉｎｌｏｎｇ⁃ｃｒｅｓｔｉｒｒｅｇｕｌａｒｗａｖｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ，２０１４，２６（３）：４３６⁃４４６．［１６］石博文，刘正江，吴明．船模不规则波中顶浪运动数值模拟研究［Ｊ］．船舶力学，２０１４（８）：９０６⁃９１５．（ＳＨＩＢｏｗｅｎ，ＬＩＵＺｈｅｎｇｊｉａｎｇ，ＷＵＭｉｎｇ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｈｉｐｍｏｔｉｏｎｓｉｎｉｒｒｅｇｕｌａｒｈｅａｄｗａｖｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｉｐＭｅｃｈａｎｉｃｓ，２０１４（８）：９０６⁃９１５．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））［１７］ＪＯＵＲＮＥＥＪ．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓｏｎｆｏｕｒＷｉｇｌｅｙｈｕｌｌｆｏｒｍｓｉｎｈｅａｄｗａｖｅｓ［Ｒ］．Ｄｅｌｆｔ：ＤｅｌｆｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｐｏｒｔ，１９９２．１４第３期杜一豪，等：不规则波下船舶运动响应特征数值分析。
不同海浪谱对船舶载货系统运动响应分析的影响
数，体现流场的压力分布情况。对于不可压缩的理想流体， 在无旋场中，速度势满足拉普拉斯方程
2 0
利用三维源汇方法解出速度势 ，可将总的速度势写为
（x，y，z） l d R
其中 为拉普拉斯算子，V 为速度势矩阵， l 为入射波 势能， d 为绕射波势， R 辐射波势。
得到总速度势后由伯努利方程
第 19 卷 第 8 期 2019 年 8 月
中国水运 China Water Transport
Vol.19 August
No.8 2019
不同海浪谱对船舶载货系统运动响应分析的影响
劳军
（中远海运工程物流有限公司，广东 广州 510623）
摘 要：本文从船舶远洋运输角度对三种典型海浪谱的特性进行了研究，利用三维势流理论对船舶频域统计进行分析，
（1）Neumann（纽曼）谱 Neumann（纽曼）谱是根据“充分发展的海浪”的资 料统计分析，最早提出的一个半经验半理论的波能谱公式：
S
(
)
2.7
6
exp(
2g2 2U
2
)(m
2
s)
式中 U 为海面 7.5 米高空处平均风速，m/s；W 为波浪 圆频率 s-1，g 为重力加速度。其基本的波谱图像如图 1。
5 ( )4
S
( )
H
S2
4 p
e
4
p
a
其中
e
( p 2 2
)2
2 p
其中 p 为谱峰频率，当 p 时， 0.07 ；当
p 时， 0.09 ； 值实际上是控制其曲线的尖锐程
度，其取值范围在 0 到 10 之间，JONSWAP 谱的基本波谱
图像如图 3。
风浪流作用下码头系泊船舶运动响应的数值模拟
风浪流作用下码头系泊船舶运动响应的数值模拟作者：索华侨朱良生来源：《广东造船》2014年第03期摘要: 码头系泊船舶在风浪流联合作用下将发生较大的运动响应，运动过大会造成系泊缆绳断裂，影响码头的装卸作业。
本文建立了风浪流作用下码头系泊船舶运动响应数学模型，然后用结构物与波浪作用的时域方法进行数值计算，求得系泊船舶的运动响应，将所得结果与物理模型结果进行比较分析，表明二者总体上比较相符。
关键词：码头系泊；船舶运动响应；时域方法；数值模拟中图分类号：U661.32文献标识码：AThe Numerical Simulation of Motion Response of Complex Wharf Mooring Ship Under the Action ofWind Wave and FlowSUO Huaqiao, ZHU Liangsheng（South China University of Technology,Guangzhou 510640）Abstract:Wharf berthing ships under the joint action of waves flow will result in the large motion response. If movement is too large that will cause the mooring rope breakage and affect wharf handling operation.This paper established motion response mathematical model under the joint action of wind,flow and wave.Then use time domain methods to calculate the interaction between waves and structures.After obtained motion response of the mooring ship,Compare and analyze the numerical result with physical result, they are generally close.Key Word: wharf berthing；ship motion response；time domain methods；numerical modeling1引言系泊船舶在风浪流联合作用下，将发生较大的运动响应，若运动过大，不但影响到装卸作业的安全，还影响到系泊船舶自身和码头结构的安全，因此研究码头系泊船舶在风浪流联合作用下的运动响应问题显得非常重要。
大型LNG船水动力分析及系泊计算
大型LNG船水动力分析及系泊计算
近年来，天然气作为高效、清洁的能源已经受到各国的重视，液化天然气船（LNG船）的需求量也不断增加。
LNG船需要在常温常压下运送超低温的液化天然气，所以它必须有高安全性和高可靠性的技术要求。
随着全球天然气贸易量的增大，LNG船的研究和发展已具有一定的战略意义。
本文主要研究了16万立方LNG船在波浪作用下的运动响应和波浪载荷，为相关的结构计算提供运动响应和的水动力计算，并且对LNG船码头系泊的运动响应及系缆绳的张力进行分析。
本文首先通过挪威船级社（DNV）的SESAM程序系统计算LNG船在波浪中航行时，在波浪作用下的和波浪载荷，其中包括LNG船在13个浪向规则波作用下的六自由度运动响应和中横截面垂直弯矩、船首1/4L剪力和船首3/4L剪力运动响应，为相关的结构计算提供运动响应和波浪载荷的水动力计算结果，并作出了LNG船运动响应和波浪诱导载荷短期预报和中横截面垂向弯矩的长期预报。
在系泊方面，本文应用多体水动力学软件AQWA，建立了LNG船码头系泊的仿真分析
模型，得到了LNG船的及各系缆绳的张力随时间变化的情况，对LNG船码头系泊的运动响应及系缆绳的张力进行了分析。
大型起重船波浪中的运动响应
大型起重船波浪中的运动响应陈亮;张城;张小雅【摘要】The motion amplitude response of the Large Crane Ship during operating is discussed.The effects of damping coefficient on the response are considered.The radius of inertia of the crane ship is calculated using fluid dynamics method and compared with that of conventional vessels.The analysis result shows that the Large Crane Ship operating in waves is safe and reliable.%探讨了起重船在作业时的运动幅值响应。
针对起重船这一特殊船型,考虑了阻尼系数对起重船作业时运动响应的影响;采用流体力学的方法计算出起重船惯性半径,并与常规船惯性半径进行了比较。
结果表明,起重船在波浪中作业是安全可靠的。
【期刊名称】《上海船舶运输科学研究所学报》【年(卷),期】2011(034)002【总页数】5页(P99-102,145)【关键词】运动幅值;横摇;阻尼系数;惯性半径【作者】陈亮;张城;张小雅【作者单位】沪东中华造船集团有限公司,上海200135;沪东中华造船集团有限公司,上海200135;上海船舶运输科学研究所,上海200135【正文语种】中文【中图分类】U661.320 引言起重船作业过程是一个极其复杂的过程,在短时间内吊数千吨重物,按中国船级社规范,吊重的重心要算在吊钩以上的滑轮轴上,该点距水面上百米,使全船的重心瞬间提高。
全船的横摇惯性半径及浮态都会发生变化。
以1 600 t起重船作业工况为例(艉吊1 600 t、吊钩幅度28 m),研究其运动规律。
船舶与海洋工程原理(下)知到章节答案智慧树2023年哈尔滨工程大学
船舶与海洋工程原理（下）知到章节测试答案智慧树2023年最新哈尔滨工程大学第一章测试1.在船的首尾线上（或延长线上）有一点称为“枢心”，该点处的漂角为零参考答案:对2.船舶操纵运动与波浪作用下的摇荡运动都是非定常运动参考答案:对3.瘦长型船与丰满型船相比较，丰满型船稳定性要好一些参考答案:错4.瘦长型船与丰满型船相比较，瘦长型船回转性要好一些参考答案:错5.各线性水动力导数几何意义是某一变化参数的受力（矩）曲线在原点处的斜率参考答案:对6.船舶回转中，“正横距”是指船舶开始转舵到首向转过90度时，船舶重心至初始直航线的距离参考答案:对7.参考答案:对8.自动稳定性是船的自身属性，或称为船的固有稳定性。
对于实际船舶，一般都只具有直线自动稳定性，不具有航向和位置的自动稳定性，只能通过操舵来实现航向与位置的稳定性参考答案:对9.船舶直线自动稳定性的条件是位置力臂大于阻尼力臂参考答案:错10.直航船舶在操一定舵角后，船舶经过操舵阶段、发展阶段，最后船舶进入定常回转阶段，此时横向加速度为零或常量参考答案:对11.以下关于改善船舶回转性能的措施中，错误的是参考答案:适当减小船艏部纵倾12.通过Z形操纵性试验可求取船舶操纵性指数K、T值参考答案:对13.深海直立墙受到的不规则波定常波浪力可表示为各个频率成份波定常波漂力之和参考答案:对14.下列现象属于船海结构物发生的低频漂移运动的是参考答案:单点系泊FPSO在随机波中发生的大幅缓慢纵荡运动;）水下潜艇近水面在波浪作用下发生的垂向抛甩;水深半潜式平台在随机波作用下发生的长周期纵摇共振第二章测试1.抗沉性主要是指（）参考答案:破舱后不致沉没和破舱后不致倾覆2.船舶在（）破舱进水时，其危险性最大。
参考答案:双层底以上船侧3.提高船舶抗沉性的主要方法是（）参考答案:增设尽可能多的横隔舱壁4.下列哪种情况不是船舶破损进水的情况之一（）参考答案:舱室顶部水密且位于水线以上，船体破损后整个舱室充满水5.双层底破损浸水属于哪一类船舶破损进水情况（）参考答案:舱室顶部水密且位于水线以下，船体破损后整个舱室充满水6.甲板开口漏水引起的舱内浸水属于哪类船舶破损浸水情况（）参考答案:舱室顶部在水线以上，舱内与舷外水不相通，水未充满整个舱室7.水线以下的船舷侧浸水属于下列哪类情况的浸水（）参考答案:舱室顶部位于水线以上，舱内与舷外水相通8.船舱破损浸水后，破舱稳性规范要求最终平衡状态的剩余稳性高度GM（）参考答案:＞0.15m9.渗透率越大，则允许两水密横舱壁之间的距离（）参考答案:越小10.船舱破损前，舱内东西越多，则渗透率（）参考答案:越小11.提高船舶静稳性的方法有（）参考答案:降低重心;减少自由液面;固定悬挂物，防止摇摆12.提高船舶抗沉性的方法有（）参考答案:增设水密舱壁;增加干舷高度13.船舶产生横向力矩的原因有（）参考答案:波浪;货物横向移动;拖缆横向作用于船上的力;横向作用于船的风力14.船舶分舱的目的是为了满足船舶（）要求。
【FLNG专题】详解FLNG技术
【FLNG专题】详解FLNG技术FLNG设计模型LNG运输船与FLNG对接技术海上天然气液化工艺简介LNG—FPSO（LNG Floating Production Storage and of Floating Unit，又称FLNG）是集海上液化天然气的生产、储存、装卸和外运为一体的新型浮式生产储卸装置，应用于海上气田的开采具有投资成本低、建造周期短、开发风险小、便于迁移和安全性高等特点。
然而由于技术和经济的限制，LNG—FPSO还没有像Oil－FPSO （Oil Floating Production Storage and Off－Loading Unit）那样得到广泛应用。
2009年Songhurst在亚洲商业化FLNG会议上总结了全球15个FLNG项目，其中多数尚处于概念设计阶段。
2011年，Shell公司确定投资建造世界上首个LNG—FPSO—Prelude FLNG，并将在澳大利亚的Prelude气田投入使用。
作为LNG—FPSO的核心技术，天然气液化工艺对装置的建造运营费用、运行稳定性和整个系统的安全性影响巨大，在满足生产需求、市场需求以及控制成本的前提下，应用于LNG—FPSO的天然气液化技术及相关设备的选择对于减小投资风险、增强方案的可行性至关重要。
目前陆上的天然气液化技术已经比较成熟，而海上作业的特殊性（台风、波浪、作业空间等的影响）使得海上天然气液化工艺的设计标准不同于陆上，海上天然气液化工艺系统的安全性、简洁性、紧凑性、占地面积、模块化设计、对不同气田的适应性和对海上环境的适应性等显得更为重要。
FLNG作为一种概念，已经历长达40多年的讨论，而近几年来FLNG市场出现了快速发展，目前已有2艘FLNG项目投入运营，更多项目正在开展和论证中。
据了解，Technip公司正在进行两个FLNG项目的设计、工程化、采购、建造安装项目。
一个是壳牌公司的西澳大利亚Prelude开发项目，其合作伙伴是三星重工。
系泊船舶运动响应周期试验研究
２１ ０ ２年 １月
水 运 工 程
Ｐｒ ｏ ｔ＆ Ｗ ａ ｅｗａ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｔｒ ｙ ｇｎ ｅ ｇ ｉ
219430103_大型起重船系泊系统时域分析
大型起重船系泊系统时域分析*王文浩1 贾国强1 冯泽奇1 周 方2 李 林31太原科技大学机械工程学院 太原 030024 2江苏省安全生产科学研究院 南京 2100423南京扬子国资投资集团有限责任公司 南京 210000摘 要：起重船因其结构的特殊性以及作业工况的复杂性，对其在施工作业和安全方面产生不利的影响。
多点锚泊定位系统在控制船位保证起重船正常工作方面起到了非常关键的作用，故有必要对起重船的系泊展开专门研究。
基于1 500 t 回转式起重船采用Workbench/AQWA 来计算不同工况、不同水深、不同浪向角下系泊缆的张力、卧链长度以及船体运动响应。
结果表明，起重船运动响应满足设计要求，系泊系统具有良好定位能力；在尾吊、侧吊、暴风自存3种不同工况、不同水深条件下，优先考虑系泊缆3以减少设计计算中的工作量；起重船随着水深的增加，横荡、横摇变化最为明显，发生在90°浪向。
该研究有助于设计者和船上工作人员预测船体运动，为系泊缆的进一步深入研究奠定基础。
关键词：起重船；系泊缆；多点锚泊定位；时域分析中图分类号：U667.4 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2023）11-0022-08Abstract: The floating crane’s special structure and complex working conditions have adverse effects on construction and operation safety. Multi-point mooring positioning system plays a very key role in controlling the ship position and ensuring the normal work of floating crane, so it is necessary to carry out special researches on the mooring system of floating crane. Workbench/AQWA is used to calculate the tension of mooring cables, the length of horizontal chain and the motion response of hull under different working conditions, different water depths and different wave angles based on the 1500 t rotary floating crane. The results show that the motion response of the floating crane meets the design requirements and the positioning ability of the mooring system is good. Under three different working conditions and different water depths, such as tail crane, side crane and storm self-maintenance, mooring cable 3 is preferred to reduce the workload in design calculation; With the increase of water depth, the swing and rolling of the floating crane change most obviously, in the 90 degrees sea direction, which is helpful for designers and ship staff to predict the hull movement and lay the foundation for further study of mooring cables.Keywords: floating crane; mooring cable; multi-point anchor moored positioning; time domain analysis0 引言起重船作为海上起重设备[1]广泛应用于海洋油气开发设备安装、废弃平台撤除、应急抢险打捞、海上桥梁建设、海上风电安装、水工桩基施工、造船等领域，是发展海洋经济、建设海洋强国不可或缺的“利器”[2]。
超大型LNG-FSRU与LNG船旁靠系泊模式研究
超大型LNG-FSRU与LNG船旁靠系泊模式研究LNG-FSRU(Floating Storage and Regasification Unit,FSRU)作为一种LNG 浮式储存和再气化装置具有建设成本低、周期短、运用灵活等优点,随着清洁能源的大量应用,具有广阔的发展前景。
然而对于此类超大型液化天然气船舶的装卸传输作业,当船体遭遇强烈风浪流载荷作用时,系泊缆承受极大张力,就会出现因缆绳强度不足而断裂的危险事故,对船舶和码头造成极大损伤。
目前世界上LNG-FSRU主要采用的系泊方式有:单点系泊系统、动力定位系统、多点系泊系统等。
其中应用最为普遍的是单点系泊系统与动力定位系统,而LNG-FSRU码头多点系泊与船对船系泊在国内外研究中还处于起步阶段。
因此,开展LNG-FSRU海上软钢臂单点系泊、码头多点系泊及与LNG转运船旁靠外输模式下的动力响应预报是目前LNG-FSRU系泊领域尚需解决的重要技术问题,同时对于相关船型的系泊设计及多体耦合运动响应研究同样具有重要的指导意义。
本文基于三维势流理论,采用数值计算软件ANSYS/AQWA对LNG-FSRU码头多点系泊、水上软钢臂单点系泊及旁靠外输系统下的水动力性能和时域耦合动力响应进行了数值分析研究。
本文通过计算分析LNG-FSRU船在微幅规则波下的水动力性能,得到船体附加质量、辐射阻尼及运动响应幅值算子随不同水深、吃水、入射波浪向角等因素影响下的变化规律。
基于水动力计算结果,开展27万立方米LNG-FSRU旁靠码头系泊和35万立方米LNG-FSRU水上软钢臂单点系泊的初步系泊设计,并对不规则波及风、流联合作用下的系泊系统动力响应进行了计算分析。
同时参考国内外类似船型两船旁靠对输系泊案例,就LNG-FSRU码头系泊和软钢臂单点系泊两种典型系泊模式下的LNG旁靠设计进行研究。
采用规范指导、理论分析和数值仿真相结合的方法,开展LNG船与LNG-FSRU 旁靠系泊理论分析和数值模型计算;同时考虑不同吃水、水深及风、浪、流载荷组合作用下的综合外部海洋条件,确定LNG船与LNG-FSRU近距离旁靠作业时的缆绳、护舷及其他系泊设备选型和布置;对LNG-FSRU单船码头多点系泊、LNG-FSRU 水上软钢臂单点系泊以及LNG旁靠这两种模式下的系泊作业进行数值分析计算;并根据数值计算结果进行LNG船和LNG-FSRU运动特性、缆绳张力和护舷受力的统计分析,优化系泊系统参数和布置,为系泊设备选型提供技术参考。
重大件滚装码头船舶系泊物理模型试验方法
中国港湾建设
China Harbour Engineering
Vol. 41 No.7 Jul. 2021
重大件滚装码头船舶系泊物理模型试验方法
谷文强，唐儆泽
（中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 510230）
摘 要：对于重大件滚装码头的船舶系泊物理模型试验方法，以惠州某重大件码头工程的系泊试验为例进行研讨。
窑40窑
中国港湾建设
2021 年第 7 期
ramps，linkspans and walkways》[6]对于滚装船作业允 许运动量标准给出了更严格的限制标准，尤其是 其中的升沉值要求几乎无法满足，因此本次试验 采用 PIANC 规范中的滚装船装卸作业允许运动量 标准。
国内规范对于缆绳荷载限制标准没有给出规 定 ， 参 考 石 油 公 司 国 际 海 事 论 坛 OCIMF 规 范 《Mooring Equipment Guidelines》[7]，对于尼龙缆外 的合成纤维缆，系缆力不应超过缆绳破断力的 50%。本次选用 准60 mm 八股丙纶缆绳，最小破 断力为 270 kN，因此缆绳受力不应超过 135 kN。 2 试验方法 2.1 试验设备和量测仪器
文献[3]给出了国内外规范中的码头极限环境 作业条件和船舶运动量标准。其中对于滚装船装 卸作业时的运动量标准的要求差异较大，国内的
工程项目需要采用中国规范，JTJ 165—2013《海港 总体设计规范》[4]中对于装卸作业允许运动量的要 求引用自国际航运协会 PIANC 规范《Criteria for Movements of Moored Ships in Harbours》[5]，对于滚 装船采用艉跳板作业时的运动量要求见表 2。
LNG_船舶码头系泊动力响应模型试验研究
LNG船舶码头系泊动力响应模型试验研究欧勇，单鼎隆（中国港湾工程有限责任公司，北京 100027）摘要：为准确评估开敞式LNG码头在设计船型和海况下的作业可靠性，本文基于物理模型试验对某LNG项目的船舶系泊动力响应进行分析，并根据试验结果评估系泊方案的可行性。
研究结果表明：在设计海况作用下，当波浪呈30 °入射时，2万m3 LNG船舶横摇运动量不满足PIANC推荐值要求，17.5万m3 LNG船舶在艉顺风作用下，纵移运动量超过PIANC推荐值；在缆力方面，17.5万m3 LNG船舶在11 s周期顺浪叠加艉顺风作用时，艏倒缆不满足系泊安全条件，因此艏艉倒缆应视安全储备需求增加一定数量。
关键词：LNG；系泊；运动量；系缆力；撞击力中图分类号：U661.3 文献标识码：A 文章编号：2097-3519（2024）02-0001-05DOI: 10.16403/ki.ggjs20240201Experimental Study on Dynamic Response of LNG Ship on Berth by UsingPhysics ModelOu Yong, Shan Dinglong( China Harbour Engineering Company Ltd., Beijing 100027, China )Abstract: In order to accurately evaluate the operation status of an open LNG berth under the design ship type and sea conditions, the dynamic response caused by ship mooring is analyzed by using physics model based on a LNG project, which may verify the mooring plan applicable or not. The results show that the rolling motion of a ship accommodating for 20 000 m3 LNG does not reach the recommended value by PIANC subject to 30 ° incidence angle of wave under the design sea condition. However, the longitudinal motion of a ship for 175 000 m3 LNG is higher the above recommended value under the action of stern downwind. By considering ship mooring force, ship bow inverted cable does not satisfy safe mooring requirements subject to a 175 000 m3 LNG ship under the condition of 11 s period of wave following combined with stern downwind. Therefore, the inverted cables at ship bow and stern shall be increased by a certain amount according to the safety reserve.Key words: LNG; berthing; quantity of motion; mooring force; impact force引言作为港口工程中的新兴专业码头，液化天然气码头发展迅速。
波浪中破损船舶的运动响应研究
波浪中破损船舶的运动响应研究卜淑霞;顾民;黄苗苗【期刊名称】《船舶力学》【年(卷),期】2017(000)0z1【摘要】波浪中破损船舶的运动会同时受到波浪激励和进出水的影响,而船体运动也会影响进出水过程,二者的相互影响机理十分复杂.本文重点研究波浪中破舱进出水对船舶运动响应的影响,文中首先基于势流理论建立了考虑破舱进出水的4DOF(横荡-垂荡-横摇-纵摇)相互耦合时域预报方法,在计算中假设舱内的液面水平,利用修正的伯努利方程模拟破舱进/出水,利用Ikeda's经验公式修正阻尼系数.然后以一艘ITTC破损稳性标模为例,研究了波浪中考虑破舱进出水的数学模型以及破舱进出水对运动响应的影响,并研究了不同自由度、破舱口位置对运动响应的影响.研究表明,本文基于势流理论建立的时域预报方法可以定量的预报破损船舶的运动响应.【总页数】9页(P189-197)【作者】卜淑霞;顾民;黄苗苗【作者单位】中国船舶科学研究中心水动力学重点实验室,江苏无锡 214082;中国船舶科学研究中心水动力学重点实验室,江苏无锡 214082;江苏省绿色船舶技术重点实验室,江苏无锡 214082;中国船舶科学研究中心水动力学重点实验室,江苏无锡214082【正文语种】中文【中图分类】U661.229【相关文献】1.有限水深中破损船舶的运动与波浪载荷研究 [J], 冯乾栋;胡嘉骏;杨鹏;张凡2.较大周期波浪作用下大型系泊(LNG)船舶运动响应试验研究 [J], 史宪莹;张宁川;杨扬3.船舶波浪增阻及运动响应的黏性数值计算研究 [J], 陆泽华;董国祥;陈伟民4.用船舶在波浪中运动仿真来确定破损船舶的倾覆安全性 [J], 白振国5.规则和随机横浪中破损船舶运动响应研究 [J], 吴浩;高志亮;苏焱因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
系泊船舶运动响应周期试验研究
系泊船舶运动响应周期试验研究史宪莹;张宁川【摘要】针对国内外系泊船舶物理模型试验中所给系泊船舶运动响应周期特征参数的不同,对横向波浪作用下一艘26.6×104m3系泊LNG船舶的运动响应周期特性进行物理模型试验研究.结果表明,半载状态下,纵移运动存在着32 s的自振周期；横移运动为周期性间歇增长运动,横移运动周期与系泊船舶固有横摇周期的比值在1.11～1.23,大体上随波浪周期增大成倍数增长；横摇运动峰值随波浪周期增大而增大,横摇运动周期与系泊船舶固有横摇周期的比值在1.23～1.48,大体上随波浪周期增大成倍数增长；不同装载状态下回转运动均存在着较长的自振周期:半载状态为30 s,满载状态为32 s.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2012(000)001【总页数】5页(P1-5)【关键词】模型试验;系泊船舶;横浪;运动响应周期【作者】史宪莹;张宁川【作者单位】大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁大连116023;大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁大连116023【正文语种】中文【中图分类】U661.3在新港口设计过程中，往往通过系泊船舶物理模型试验来对码头设计方案和系泊体系进行优化，以及确定系泊船舶作业标准。
试验过程中根据船舶原型数据在满足各种相似准则条件下进行船舶的模拟。
国内物理模型试验中通常只给出试验船舶的纵摇、横摇自振周期[1-4]，而国外物理模型试验中［5］却给出了试验船舶的4种自振周期，例如32 000 DWT散货船（半载）的周期为：纵移44.2 s，横移64.6 s，横摇7.5 s，回转31 s。
由此可见，国内外对系泊船舶的运动响应周期有着不同理解和认识，两者间存在着很大的差别。
本文以一艘26.6×104 m3LNG船舶为试验对象，在不同周期波浪作用下，对不同装载状态时系泊船舶的运动响应周期特性进行研究。
1 试验设计1.1 试验设备及测量仪器本试验在大连理工大学海岸及近海国家重点实验室波流水池中进行。
船舶系泊问题的试验研究技术
船舶系泊问题的试验研究技术高峰;孟祥玮;郑宝友;李焱【摘要】随着码头及船舶大型化的发展,船舶系靠泊安全是港口设计及使用中需要考虑的重要问题之一.船舶及停靠的码头组成了一个极其复杂的相互作用系统,自然环境中的风、浪、流等动力条件以及不同水位、载度和船型的差异均会影响船舶系靠泊的条件,其系泊与作业期间的6个自由度运动量、系缆力和撞击力及其能量分布都是需要关心的重要因素,因此前期的试验研究十分必要.文章通过对目前船舶系靠泊试验研究技术的发展现状的阐述,分别对物理模型试验方法、仪器设备情况以及目前国内外数值模拟技术的发展情况作了相应的探讨与分析,指出船舶系靠泊试验技术的难点与待解决的问题,并结合未来研究的发展趋势,对今后的研究方向提出了展望.%According to the developing trend of ships'growing larger,safty of ship mooring is one of the most important problems in harbor design and application.Ship and wharf constitute a very complex and interactional system.Among them,the conditions of wind,wave and current,etc. in natural environment and different water levels,loading and vessel type all can affect the mooring condition.Six-degree freedom movement.mooring force and impact foree(including energy distribution)are important factors of common interest/Therefore,the test research work is very necessary.On the basis of the development status and research level of model test study, the physical model test methods, equipment and numerical simulation technology in both domestic and overseas were introduced and analyzed in this paper.The difficulty and problem to be resolved were also pointedbining with development trends,the research direction for the future was put forward.【期刊名称】《水道港口》【年(卷),期】2012(033)002【总页数】7页(P106-112)【关键词】船舶;系泊;试验技术【作者】高峰;孟祥玮;郑宝友;李焱【作者单位】交通运输部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室,天津300456;交通运输部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室,天津300456;交通运输部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室,天津300456;交通运输部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室,天津300456【正文语种】中文【中图分类】TV139.2;U66随着我国经济的快速发展，综合国力得到很大增强，而经济发展对能源和原材料的需求越来越大，水上运输由于运量大、成本低的特点日益得到重视，对运载工具也提出了较高的要求。
长周期涌浪作用下码头船舶系缆稳定性研究
长周期涌浪作用下码头船舶系缆稳定性研究薛丁源;邵昌浩;杨婷【摘要】Taking an oil terminal abroad as example,we analyze the movement and mooring forces of mooring ships by OPTIMOOR mooring software,especially the influences of the wave period,height and direction on the stability of mooring ships(movement and ropes force).We adjust the layout condition and material of the ropes to reduce the surge.%以国外某油码头项目为工程依托,采用OPTIMOOR系泊软件,研究周期较长的涌浪作用下码头船舶系缆稳定性问题,着重是波浪周期、波高及浪向等3个因素对于码头船舶系缆稳定性(船舶运动量和缆绳受力)的影响.通过调节系缆布置和缆绳材质减少涌浪的影响.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2017(000)003【总页数】4页(P80-83)【关键词】涌浪;船舶运动量;系缆力;OPTIMOOR【作者】薛丁源;邵昌浩;杨婷【作者单位】中交第四航务工程勘察设计院有限公司,广东广州510230;北京水规院京华工程管理有限公司,北京100101;中交第四航务工程勘察设计院有限公司,广东广州510230【正文语种】中文【中图分类】U662波周期较长的涌浪不同于一般风浪及短周期涌浪，它的波长也较长，具有极强的穿越防波堤的能力，并且波速较大，在水平方向上的水的流动性很大，具有相当大的能量，因此对系泊船舶的动摇特性有着非常大的影响[1]。
本文依托实际工程案例，基于OPTIMOOR系泊分析软件[2]，开展周期较长的涌浪作用下码头船舶系泊稳定研究，着重关注波浪周期、波高及浪向等3个因素对于码头船舶系缆稳定性(船舶运动量和缆绳受力)的影响分析，拟为受波周期较长的涌浪影响的工程设计、管理人员提供参考。
船舶码头系泊的耦合动力响应分析
船舶码头系泊的耦合动力响应分析嵇春艳;郭建廷;崔杰;郭宇婵;袁培银【摘要】以码头系泊船舶为研究对象，利用水动力软件 AQWA，分析不同浪向角对其运动响应幅值算子和一阶波激力的影响，并在时域耦合分析的过程中，对系泊系统进行优化，从船舶运动响应和系泊缆张力2个方面，对沿型深方向优化和尾横缆优化的结果进行分析。
计算结果表明，不同的优化方案对船舶的运动响应和系泊缆张力的影响不同。
%Taking the ship mooring at the dock as the research object, the influence of RAO and the first order waveex-citation force in different wave directions are analyzed by using the hydrodynamic software AWQA. Mooring system isop-timized in the process of coupling analysis in the time domain. The results of optimizing along the depth direction andoptim-izing the stern lines are analyzed through the aspects of motion responses and tension of the mooring lines. The results show that different optimized plans have the different influence on motion responses and tension of the mooring lines.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2016(038)010【总页数】6页(P46-51)【关键词】码头系泊;时域耦合;动力响应【作者】嵇春艳;郭建廷;崔杰;郭宇婵;袁培银【作者单位】江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏镇江 212003;江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏镇江 212003;江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏镇江 212003;江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏镇江 212003;重庆交通大学航运与船舶工程学院，重庆 400074【正文语种】中文【中图分类】U661.3随着国际航运事业的发展，人们对于船舶码头的需求量正在不断增大，随着开敞式和半开敞式码头的增多[1]，码头系泊船舶所处的自然环境越来越恶劣，因此对码头系泊船舶的研究正日益受到科研人员的关注，为了保证船舶的系泊安全和货物的正常装卸，对其进行水动力性能分析是很有必要的[2,3]。
波浪作用下系泊船舶运动计算
L
L
∫ ∫ B64 = ξb24 dξ; B66 = ξ2 b22 dξ
L
L
其中 bij 为二维阻尼系数 ,可以采用 Lewis 剖面
法 、Frank 源汇分布法 、多参数保角变换法 、简单格林
函数法[18 ] 等求解
,
B
3 44
为三维非线性横摇阻尼
,详见
本文 2. 4 节 。
(4) 恢复力系数 Cjk
波浪 - 系缆 - 船舶三者的耦合作用机理十分复 杂 ,包含了大量的非线性效应 ,要在严格意义上对其 进行数值模拟目前来看几乎是不可能的 。并且 ,本文 关于船舶运动的各种讨论都是在频域中进行的 ,而要 想准确地计算三者的耦合运动响应 ,则必须采用时域 方法 。考虑到本文的目的只是求解出透空式码头前 波浪作用下船舶的运动幅值 ,因此可在一定的简化假 定条件下对此问题进行讨论[8] 。
关 键 词 : 船舶运动 ; 波浪 ; STF 法 ; 透空式码头 ; 简单格林函数 中图分类号 : U661. 1 文献标识码 :A
The calculation of wave2induced motions of berthed ship
J IAN G Xue2lian , L I Yan2bao
文章编号 :100024874 (2005) 0620793209
波浪作用下系泊船舶运动计算 3
蒋学炼 , 李炎保
(天津大学建工学院 ,天津 300072)
摘 要 : 港内船舶泊稳条件是港口设计中的一个决定因素 。但到目前为止 ,国内外港口工程设计规范对港内泊稳标准 无统一规定 。由于波浪引起的船舶运动与波周期 、波高及船舶频率响应特性等因素密切相关 ,因此不能单一地以波高或船舶 运动量作为泊稳标准 。本文讨论了将 STF ( Salvesen2Tuck2Faltinsen) 法与简单格林函数法结合计算透空式码头前的船舶运动 特性 ,试图为此问题提供一种解决工具 。与其它文献 、试验数据的比较表明 ,本文计算值吻合良好 。