旁靠系泊油船水动力相互作用分析

数 为作 业水深 １０ｉ； 向角 仪分 别为 ９ 。１５ 、 ０ 浪 ｎ ０ 、３ 。
１０ ； ８ 。 波浪 圆频率 ６ 为 ０ １ ０ ．０～１ ２ ａ／ （ ． ５ｒｄ ｓ 取值 问 隔 ０ ０ ） 两 船 距 离 Ｄ 分 别 取 ３ ０ ３ ５ ４ ０ ．５ ； ． 、． 、． 、 ４ ５１， Ｆ Ｓ ． Ｉ从 Ｐ Ｏ右 舷到 穿梭油 船左 舷 。 Ｔ Ａ ＷＡ ＬＮ Ｑ —Ｉ Ｅ通 过 数 值 求 解 以 下 运 动 方 程 ， 计 算油 船在 规则 波 作用 下 的 响应 ， 常 定 义为 幅 通 值 响应 算子 Ｒ Ｏ。 Ａ
Ｆ — 系统所 受源自文库的波浪 力 （ 高 ） — 波 ；
薹
盟
幅值 响应算 子 （ Ａ ｓ ； Ｒ Ｏ ）
— —
入射规 则波 频率 。
要
恻 频 率 ／ ａ ｓ （ ｄ・ ） ｒ ｂ辐 射 阻 尼 随 波 频 变 化
Ａ ＷＡ计算 时 ， 系统 所受 的波浪 力 Ｆ分 为 Ｑ 将 两部 分 ： 射 力 （ 称 Ｆｏｄ —ｒｌｖ力 ） 绕 射 入 或 ｒｕ ｅＫ ｙ ｏ 和 力 ， 且都 是简 谐 的。 并 通过 近场方 法 求 解平 均 二 阶波 浪漂 移 力 ， 也 就是 对作 用在结 构湿 表 面 上 的压 力 进 行 积分 ， 求 取 浮式结 构 水 平 面 和垂 直 面 上 的平 均 波 浪 漂 移 力 。平均 二 阶波浪 漂移力 Ｆ 及 其 力矩 算公 式 为 的计
影 响时 ， 附加质 量 和辐 射 阻 尼都 会 产 生 一定 的波 动， 这可 能是 由于两船 之 间的水 动力相 互作 用 ， 发
生 一定 的共 振 引起 的 ； 而在低 频段 和高频 段 ， 考虑
水动 力相互 作用 与否并 没有 太大 的差别 。 图 ２分 别给 出了横 荡方 向上 的附加 质量 和辐射 阻尼 受水
点多 。 由于两船 之 间 的距 离很 近 ， 动 力 相 互作 水 用 明显 ， 响两船 在波 浪 中的运 动 ， 不仅 与两 船 影 这
之 间 的距离有 关 ， 还与 船 的尺度 相关 。 对 于距离 很 近 的两 船之 间 的水动 力相 互影 响
ＦＳ Ｐ Ｏ和穿 梭油 船 的相关 参 数 见 表 １ 船体 模 ， 型见 图 １ 模 型 中单 元类 型 和数量 见表 ２ ， 。
强， 王宏伟 ， 解
德
（ ｎｄ＋ Ｏ（ ｎｄ＋ Ｒ ｘ ） （・ ｔｘ ） 。・ Ｓ ｘ ） Ｓ ｘ
（） ３
式 中 ：， 相对 波 高 ； —— Ｓ— — 结构湿 表 面 ；
１ ２ 研 究方 法 ．
— —
结构 表面 的运 动 ；
—
通 过 Ａ ＷＡ ＬＮ Ｑ —Ｉ Ｅ计 算 油 船 在 规 则 波 作 用 下 ， 同浪 向和不 同频率 时所受 的一 阶波 浪力 、 不 附
３ ０ ３ ５ ４ ０ ４ ５ｍ 时的计算 结果 。 ． 、． 、 ． 、 ．
２ １ 附 加质量 和辐 射 阻尼 ．
Ｆ ＝ ｝． ｆ ｏ５Ｉ ｌ ｄ＋ 一 ０ｐ ２ ＋Ｊ ｐ Ｓ ５ － ｎ ＞ ｄ ０ ．
计算 分析 穿梭 油船在 横荡 、 纵荡 、 垂荡 、 横摇 、 纵摇 和 艏摇方 向 的 ６个 自由度 的附加 质量 和辐 射 阻尼随 波频 的变 化 ， 别 与不 考 虑 水 动力 相 互 影 分 响时 的情 况进 行 了 比较分 析 ， 时 Ｄ＝ ． 此 ４ ５ ｍ。分
附近 出现峰值 。在低频 段 ， 不论 浪 向角如何 ， 虑 考
水 动 力相互 影 响时在纵 荡方 向上 的绕 射力 都要 大
。
计 算时 共选用 ４个 不 同的相 对 距 离 做研 究 分 析 ，
计 算穿 梭油船 在不 同浪 向角 （ ＝ ０ ，３ 。 １０ ） ９ 。 １５ ，８ 。 和不 同频率 下 的 响应 ， 与 不 考虑 两 船 水 动力 相 并 互 作用 时 的情 况 进行 比较分 析 ， 算结 果见 图 ２ 计 。
加 质量 、 辐射 阻尼 、 平均 二 阶波 浪漂 移力及 一 阶响
应 Ｒ Ｏ。 Ａ
—
结构 质量 ；
Ｒ —— 结 构转 动矩 阵 ；
ｇ — 结构 重心处 的加 速度 。 —
旁 靠系泊 时 ， 虑到 安 装 的护舷 材 的尺 寸 范 考 围， 定义 Ｆ Ｓ Ｐ Ｏ与穿 梭 油船 的相 对 距离 为 Ｄ， 考 并
计 算不 考虑 两船 之 间 的相 互 影 响 ， 了研 究 两 船 为 之 间距 离对水 动 力 相互 作 用 的影 响 ， 取 两 船 之 选
收 稿 日期 ：０ １ ０ ２ １ — ７一ｌ １ 修 回 日期 ：０ １— １ ０ ２１ １ —７
第一作者简 介 ： 付
强 （９ ７一） 男 ， １８ ， 硕士生
从 Ｆ Ｓ 到穿 梭 油 船 的原 油／ 化 天 然气 的 ＰＯ 液
间的距 离分 别 为 ３ ０ ３ ５ ４ ０ ４ ５ ｍ， 算 作 用 ． 、 ． 、． 、 ． 计 在船 体 上 的 附加 质 量 、 辐射 阻 尼 、 阶 波 浪力 、 一 油 船运 动 的 Ｒ Ｏ及 平均 二 阶波浪 漂移 力 ， 将计 算 Ａ 并
结果 与不 考虑 水动 力相互 影 响时 的结果进 行 比较 分析。
１ １ 有 限元模 型建 立 ．
传输 ， 通常采 用 串靠 和旁 靠 两种 系 泊 方 式 。 串靠
系泊技 术相对 简单 ， 是可靠 性 不如旁 靠 ， 但 旁靠 系
泊 技术 相对 复杂 繁琐 ， 具体 实施相 对 困难 ， 术难 技
（【 Ｘ＋ （ Ｘ＋Ｃ（ ） ＋ （） Ｍ ） Ｊ Ｘ （ Ｘ＝Ｆ（０ ） ６） （） １
式 中 ： —— 结 构质 量矩 阵 ；
— —
水动力 附加 质量 矩阵 ； 系 统总 刚度矩 阵 ；
１ １
Ｃ 一 系统线 性 阻尼矩 阵 ； ＿ ｒ
— —
圆 频 率／ｒｄ・ｓ （ａ ） ａ附 加 质 量 随 波 频 变 化 图
第４ １卷
第 ４期
船 海 工 程
Ｓ Ｉ ＆ ０ＣＥＡＮ Ｈ Ｐ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｖｏ ． Ｎｏ ４ １ ４ｌ ． Ａｕｇ ２ ２ ． ０１
２１ ０ ２年 ０ ８月
ｄ ｉ１ ． ９ ３ ｊ ｉ ｎ １ ７ － ５ ． ０ ２ ０ ． ０ ｏ ：０ ３ ６ ／ ． ｓ ． ６ １７ ３ ２ １ ． ４ ０ ４ ｓ ９
虑 Ｄ在 ３ ０～ ． Ｉ ． ４ ５Ｉ 的范 围内变 化 时 的影 响 。定 Ｔ 义 浪 的方 向为迎 浪 １０ 、 浪 ９ 。水 动力 计算 参 ８。横 Ｏ，
２ 计 算 结果 分 析
由于 Ｆ Ｓ Ｐ Ｏ较 穿 梭 油 船 尺 寸 大 ， 有 必 要 研 故 究 ＦＳ Ｐ Ｏ对 穿 梭 油 船 的 屏 蔽 效 应 。 由于 旁 靠 系 泊 ， 船 之 间距 离 较小 ， 种 相 互作 用 更 加 明显 ， 两 这
旁 靠 系泊 油 船 水 动力 相 互 作 用 分 析
付 强 王宏 伟 解 ， ， 德
（ ． 中科 技 大 学 船 舶 与 海 洋 工程 学 院 ， 汉 ４ ０ ７ ； １华 武 ３０ ４ ２ 哈 尔滨 工程 大 学 深 海 工程 技 术研 究 中心 ， 尔滨 １０ ０ ） ． 哈 ５０ １
摘
要： 为了研 究多浮体 水动力相互作 用下 的波 浪载荷 和船体 响应 ， 对旁 靠系 泊的穿 梭油船 与 Ｆ Ｓ 针 ＰＯ
进行 模 拟 计 算 。其 中二 阶波 浪力 采 用 近场 方 法 求 解 。计 算 分 析 发 现 ， 由于 屏 蔽 效 应 的影 响 ， 梭 油 船 上 的 波 穿 浪绕 射 力 受 水 动 力相 互 作 用 的影 响较 大 ， 均 二 阶 波 浪 漂 移 力 在 波 频 的 高 频 段 受 水 动 力 相 互 作 用 影 响 显 著 ， 平
在低频段几乎不受影 响， 而附加质量和辐射阻尼 以及船体响应 的 Ｒ Ｏ受影响则较小 。另外 ， Ａ 随着穿梭油船 与
Ｆ Ｓ 相对 距 离 的小 范 围 变化 ， 动 力 相 互 作 用 的影 响并 没 有 太大 的差 别 。 ＰＯ 水 关 键 词 ： 梭 油 船 ；Ｐ Ｏ； 靠 ； 动 力 相 互 作 用 ； 蔽 效 应 穿 ＦＳ 旁 水 屏 中 图分 类 号 ： ６ ４ １ Ｕ ７ ．３ 文献标志码 ： Ａ 文章 编 号 ：６ １７ ５ （０ ２ ０ － １－５ １７ —９ ３ ２ １ ）４０ ６０ ０
力相 互影 响时 的情 况进 行 比较 ， 虑 ｉ个 浪 向角 考
Ｏ ｔ＝９ ０。、 ３ １ ５。、 ８ １ ０。
６ ５ ４
妻 ｉ
羹
闭 频 率 ／ ａ Ｓ ｆ ｄ・ ） ｒ
ｂ） 荡 山 阳 横
图５
＝１ ０ ， 对 距 离 不 同时 的 波 浪 绕 射 力 比较 ８。相
Ｊ ・ Ｏ ｄ＋ ・ （ Ｊ ｔ Ｓ Ｍ・ 硌 ２ Ｊ Ｄ （ ） Ｒ ）
＝ 一
｝ ５ （（×） ｄ＋１５Ｉ ｌ× ０ｐ ， ・ｌ Ｉ． ．ｇ １ ｐ ０
析表明， 波频 在 ０ ８ ａ／ ．０ｒｄｓ附近 ， 虑水动 力相 互 考
１ ７
第 ４期
船
海
工
程
第 ４ 卷 １
图 １ Ｆ Ｓ 与 穿 梭 油 船 总 视 图 （ 对 距 离 Ｄ ＝ ． ） ＰＯ 相 ４ ５ｍ
研 究方 向 ： 舶 极 限 强 度 研 究 船
Ｅ－ ａｉ： ｅｂｉｆ ｍ ｌ ｈａ ｒ ｎ ｑ＠ １ ２６． ｏ ｌ ｃ ｎ
ｌ ６
旁靠系泊油船水动力相互作用分析——付
表 ２ 模 型 中单 元 及 数 量
图 ２ 附 加 质 量 和 辐 射 阻 尼 随 波 频 变 化 比 较
图 ２中 Ａ — Ｏ为不 考 虑水 动 力相 互 作 用 时 ＬＮ 的计 算 结 果 （ 船 相 对 距 离 为 ４ ５ ｍ） Ａ 一－ 、 两 ． ， Ｌ３０
Ａ ．． 、 Ｌ４（ Ａ －． Ｌ３５ Ａ 一－ 、 Ｌ４５为两船 相对 距离 Ｄ分别 为 ）
表 １ Ｆ Ｓ 和 穿梭 油船 主 尺 度对 比 ＰＯ
的研 究 十分重 要 ， 文 针 对 旁靠 系泊 的穿 梭 油船 本
与ＦＳ Ｐ Ｏ的水 动 力 相 互 作 用 进 行 分 析 ， 为后 续 的 旁 靠 系泊研 究提供 技术 储备 。
１ 原 理
采用 Ｃ ｎｕｙＤ ｎｍｉ 公 司 的水 动 力 及 系泊 ｅｔｒ ｙ ａ ｃ ｓ 分 析软 件 Ａ ＷＡ 中的 Ａ ＷＡ ＬＮ 模 块对 油船 Ｑ Ｑ －Ｉ Ｅ
进 行水 动力 辐射／ 绕射 计算分 析 ， 考虑 完全 的水 动
力 相互 作 用 影 响 。在 进 行 水 动力 相 互 影 响分 析
时 ， 能会 产 生 异 常值 ， 了抑 制异 常 值 的出现 ， 可 为 通 常有 两种处 理 方 法 ： 两 船之 间采 用 刚 体 盖子 在
以及移 除共 振 频率 。本 文采 用 第 一 种 处 理方 法 。
由于篇 幅所 限 ， 文 只研 究 穿 梭 油 船 在 纵荡 本
和横荡 方 向 上 的 绕 射 力受 水 动 力 相 互 作 用 的影
响 ， 也是旁 靠 系泊 时主要 考虑 的船体 运 动响 应 。 这
对 比可 以发 现 ， 动 力相 互 作 用对 绕 射 力 的影 响 水
在 低频 段要 强于 高频段 ， 并且 在 波 频 为 ０ ８ｔｄ ｓ ． ａ／
动 力 相 互 影 响 的 对 比 图 ， 以 看 出在 频 率 接 近 可 ０ ８ｒｄ ｓ￣， ． ａ ／ ｔ 会有 明显 的峰值 出现 。
２ ２ 一 阶波浪 力 ．
Ｉ 璋 ／ｒ ｄ・ｓ 频 （ａ ）
ａ纵 荡 山 向 ）
一
图 ３ ４、 、 ５是相 对距 离 不 同时 ， 用 在穿 梭 作 油船 上 的绕 射 力 随波 频 变化 ， 别 与 不 考虑 水 动 分