计及随机海浪波面倾角影响的船底砰击压力概率分布

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1、计及随机海浪波面倾角影响的船底砰击压力概率分布//.paper.edu.cn-1-中国科技论文在线计及随机海浪波面倾角影响的船底砰击压力概率分布#陈震，肖熙*基金项目：基金项目：国家自然科学基金资助项目(50709018)，高等学校博士学科点专项科研基金资助课题(20070248105)作者简介：陈震（1976），男，副教授，主要研究方向为船舶与海洋工程现代强度理论（上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海200030）摘要：计及随机海浪波面倾角的影响，研究了船舶底部砰击压力的概率分布问题。在计算船底砰击压力时引入随机海浪的波面条件，根据海浪波面斜率和船波之

2、间相对速度的统计特性导出砰击压力随机变量的概率密度函数。计算结果表明，计及随机海浪波面倾角影响的概率密度函数与试验结果更加一致。关键词：船舶与海洋结构物设计制造；船舶底部砰击；海浪波面斜率；相对速度；概率分布中图分类号：U663.2ProbabilityDistributionofShipBottomSlammingPressureConsideringtheRandomnessofWaveSurfaceSlopeCHENZhen,XIAOXi(SchoolofNavalArchitecture,OceanandCivilEng.,ShanghaiJiaot

3、ongUniv.,Shanghai200030,China)Abstract:Consideringtherandomnessofoceanwavesurfaceslope,theprobabilitydistributionofshipbottomslammingisstudied.Thesurfaceconditionofrandomwaveisintroducedwhilepredictingtheshipbottomslammingpressure,andalsotheeffectofthewavesurfaceslopeonthepressurei

4、sdiscussedinthepaper.Accordingtothestatisticscharacteristicsofsurfaceslopeofoceanwaveandtherelativevelocityofshipandwave,theprobabilitydensityfunctionofslammingpressureisdeduced.Theresultshowsthattheprobabilitydistributionconsideringtherandomnessofoceanwavesurfaceslopegetagoodagree

5、mentwiththetestvalue.Keywords:DesignandConstructionofNavalArchitectureandOceanStructure;slamming;surfaceslopeofwave;relativevelocity;probabilitydistribution0引言船舶在恶劣海况中航行，当船艏运动出离水面再入水时，与波浪撞击发生船底砰击现象。Ochi等根据随机过程的过阈理论，提出了船舶底部砰击载荷概率预报方法，对船舶在短期海况下砰击发生的概率、时间间隔以及压力量值等进行研究，揭示了船舶砰击的概率特性[1,2

6、,3]。为了比较不同条件下砰击压力的影响参数，Ochi利用Mariner船剖面分别进行了三种类型的砰击实验[4]，包括：二维模型静水落体实验、船模静水落体实验和船模在波浪中的适航性实验。比较实验结果发现，三种实验的砰击压力都近似正比于砰击速度的平方，但在同样的相对速度下，船模静水落体实验的结果约为波浪中实验值的2倍。Ochi认为，静水落体实验和适航性实验之所以有如此大的差别，主要是由于包括龙骨线与水面之间的相位关系在内的表面条件不同造成的。本文在计算船舶砰击压力时引入随机海浪的波面倾角参数，研究了船底龙骨线与波浪//.paper.edu.cn-2-中国科技论

7、文在线表面关系因素对砰击压力的影响。根据海浪波面斜率和船波之间相对速度的统计特性推导砰击压力随机变量的概率密度函数，并通过算例计算比较了是否计及波面条件影响时船艏底部砰击压力概率密度函数与试验结果的差异。1问题的描述海浪的随机性决定了船舶在海浪中发生砰击也具有随机性。研究船舶底部区域与海浪波面之间的相对位置关系，不难发现：船舶在随机海浪中运动，每次发生砰击时砰击点处的海浪波面倾角并非相同，船底龙骨线与波面之间的夹角与波面倾角有关。船舶发生砰击时，船底龙骨线与波面之间的夹角具有随机性。即使两个时刻船波之间垂向相对速度相同，但是由于砰击点位于不同波面位置，船底龙

8、骨线与波面之间的夹角不同，砰击压力的量值大小仍有差异