半潜船波浪载荷长期预报方法研究与分析

载 荷 作 出合 理 的评 估 ，采 用 直 接 算 法 可 以得 到 较 为 合 理 的 结 果 ；航 向 概 率 分 布 对 波 浪 载 荷 长 期 预
报 结 果 影 响 很 大 ，预 报 过 程 中采 用 零 航 速 的 简 化 方 式 可 以缩 短 计 算 时 间 而且 能 获 得 被 工 程 所 接 受
１ 计 算 原 理
１．１ 短 期 预 报 短 期预 报 的时 问 范 围一 般 为 ３ ｈ，在 此 时 间
内 ，船 舶 的装载 状态 、航速 、航 向角 ，以及 海情 都可 认 为是 固定 不 变 的 ，船 体对 波 浪 的响 应 可看 作 线 性 时不 变系 统．由于线 性 波 浪 自由面 升 高可 表 达 为 大量 独立 的正 弦 函数叠 加 ，根据 中心极 限定 理 ， 短 期海 浪遵 循正 态 规 律 ，可 用 统 计 平 均来 代 替 期 望 值．采 用谱 分 析 的方 法 可 得 船 舶 波 浪 载荷 的响 应 谱．
Ｇｘ（∞）： ［Ｈ（ ）］ Ｇ （ ） 式 中 ：Ｇｘ（ ）为船 舶波 浪 载荷 的响应 谱 ；［Ｈ （叫）］。 为 响应 幅算 子 （ＲＡＯ）；Ｇ （ ）为 波浪 谱 ．大 量 的实 践 表 明 ，船舶 波浪 载荷 幅值 的短 期 响应 服从 Ｒａｙ— ｌｅｉｇｈ分 布 ，该 分 布只 有方 差 。一 个 参 数 ，可 由响 应谱 Ｇｘ（ ）得到 ，即
的结 果 ．
关 键 词 ：半 潜 船 ；波 浪 载 荷 ；直 接 计 算 ；航 行 状 态
中图 法 分 类 号 ：Ｕ６６１
ｄｏｉ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５－３８４４．２Ｏ１６．０１．０３９
０ 引 言
半潜 船在 船 型特 征 、设 备 布置 、作业 状态 方 面 与 常规 运输船 相 比有 很 大 的 区 别 ，正 确 合 理 地 计 算 波浪 载荷 ，提高 船体 总纵 强度 计算 精 度 ，是 保 证 半潜 船 安全操 纵 的重要 前 提．根据《钢质 海船 入 级 规 范 》规 定 ，非常 规 船 舶 （如 Ｌ≥ ５００ １ＴＩ，Ｌ／Ｂ≤ ５， Ｂ／Ｄ≥２．５，Ｃ ｄ ０．６，具 有 甲板 大 开 口、首 部 大 外 飘 及载 运特 殊货 物 的船舶 ）进行 总 纵强 度校 核 时 ， 波 浪载 荷设计 值 要 进 行 直 接计 算 ，并 提 交 船 级 社 审批 口］．通常 ，将船 舶在 各个 工况 下 波浪 载荷 长 期 预报 的最大值 作 为 设 计 载荷 ．船 舶 波 浪 载荷 预 报 方法 主 要是基 于 切片 理论 、高速 细长 体 理论 （二 维 半方 法 ）、三维 势 流理论 ，以及水 弹性 力 学 ］．预 报 方法 也从 切 片理 论 转 向完 全 三 维 理论 、从 线 性 转 向非线 性 以及 从 势流 转 向粘性 流 、频 域 转 向时域 ， 预 报范 围不 断扩 大 ，计 算精 度不 断 提高 ，并相 继 开 发 了船 舶波 浪载 荷 预 报 软 件．国 内 比较 通 用 的 有 ＤＮＶ 开 发 的 ＳＥＳＡＭ／ＨｙｄｒｏＤ，ＢＶ 开 发 的 ＨｙｄｒｏＳｔａｒ，ＭＩＴ开 发 的 ｗＡＭＩＴ，哈 尔滨 工 程 大 学 开发 的 ｗＡＬＣＳ等 ．
一 Ｉ Ｇ （ ）ｄ 一 Ｉ ［Ｈ（∞）］ Ｇ （ ）ｄ
１．２ 长 期 预 报
级 ．船舶 的主尺度 见表 １．
表 １ 半 潜 船 主 尺 度
长期 预 报 的时 间范 围为数 年或 整个 船舶 寿命
期 ，在此 时 间 内 ，船 舶 的装 载状 态 、航 速 、航 向角 以 及 海情 都可 能是 变化 的 ，不 再是 平稳 随 机过程 ．通 常 ，将长 期 预报看 作 由一系 列短 期组 成 ，通过对 不 同出现概 率 的短期 海况 预报 值进 行加 权得 到相 应 的 概率分 布 和指 定 超 越 概 率下 的长 期 预 报 值．长 期 波浪 幅值 的概率 密度 函数
半 潜 船 波 浪 载 荷 长 期 预 报 方 法 研 究 与 分 析
白 鑫Ｄ 张 宝吉 李 棱 ” 张竹 心ｕ
（上 海海 事 大 学 商 船 学 院” 上 海 ２０１３０６） （上 海 海 事 大 学 海 洋 科 学 与 工 程 学 院 ’ 上 海 ２０１３０６）
摘 要 ：运 用 水 动 力 软 件 ＨｙｄｒｏＳｔａｒ对 一 艘 半 潜 船 波 浪 载 荷 （波 浪 弯 矩 和 剪 力 ）进 行 了 预 报 ，得 到 了
收稿 日期 ：２０１５－１１ ２９ 白 鑫 （１９９０一）：男 ，硕 士 生 ，主要 研 究 领 域 为海 洋结 构 物对 波 wk.baidu.com 载 荷 的水 动 力 响 应 、ＣＡＥ分 析
第 ｌ期
白 鑫 ，等 ：半 潜 船 波 浪 载 荷 长 期 预 报 方 法 研 究 与 分 析
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不 同 载 况 下 波 浪 载 荷 的 极 值 及 分 布 特 点 ，分 析 了 航 行 状 态 对 波 浪 载 荷 长 期 预 报 的 影 响 ，并 与
ＷＡＬＣＳ预 报 值 、规 范值 进 行 了 比较 ．结 果 表 明 ，由 于半 潜 船 的 特 殊 性 ，规 范 经验 公 式 无 法 对 其 波 浪
第 ４ｏ卷 第 １期 ２０１６年 ２月
武汉 理工 大学 学报 （交 通科 学与 工程 版 ）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｗ ｕｈａｎ Ｕ ｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）
Ｖｏ１．４０ Ｎ ｏ．１ Ｆｅｂ． ２０１６
文 中运用 ＨｙｄｒｏＳｔａｒ对 一艘 半 潜船 不 同载况
下 的波 浪载 荷进 行 了长 期 预 报 ，分 析 了波 浪 载荷 传 递 函数 和极值 分 布 特 点 ，研 究 了航 向和航 速 对 波 浪载 荷长 期 预 报 的影 响 ，并 将 ＨｙｄｒｏＳｔａｒ预 报 值 与 ＷＡＬＣＳ预 报 值 、规 范 值 进 行 了 比较 ，获 得 了可 以被工 程所 接受 的计 算结 果．