基于变阻尼系数的舰船参数横摇运动研究

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1、基于变阻尼系数的舰船参数横摇运动研究ResearchonParametricRollingMotionofaShipBasedonVariableDampingCoefficient学科专业：船舶与海洋工程研究生：张晓蕊指导教师：刘利琴副教授天津大学建筑工程学院二零一七年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者

2、签名：签字日期：2017年12月11日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：2017年12月11日签字日期：2017年12月11日摘要船舶在参数激励作用下很可能产生大角度横摇，进而引发海难事故。通过对近些年海难事故案例的研究发现，集装箱船更容易发生参数横摇现象。针对船舶参数横摇的研究，将对船舶设计

3、及优化提供一定的指导意义，从而对船舶正常作业和海上生命财产安全提供保障。本文首先以计算流体力学为理论基础，通过模拟三维船体强迫横摇运动，对C11型集装箱船在不同运动幅值、周期，以及不同航速条件下的横摇运动进行数值模拟。将计算得到的横摇阻尼系数与简化的Ikeda方法进行比较，分析两种方法的差异程度，并从涡量场的角度分析阻尼系数变化的成因。然后基于CFD方法，求解一次项加三次项的横摇阻尼系数，运用随机非线性动力学方法，计算不同海况下随机斜浪中船舶单自由度横摇运动的稳态概率密度函数，探讨阻尼对横摇响应的影响。最后改变既有的舭龙骨形式，与初始C11船体结构和裸船体结构进行对比，分析舭龙骨在横摇阻尼中

4、的贡献程度。研究表明，横摇无因次阻尼系数随着横摇运动频率、幅值，以及航速的提高而增大，经验公式和CFD计算结果在不同工况条件下的变化趋势一致，但经验公式偏于安全；运动周期越小，幅值越大，航速越高，则舭龙骨周围涡量场数值越大，所求得相应工况下的横摇阻尼就越大。考虑有航速的横摇阻尼后，船舶大角度横摇的概率明显减小，且阻尼系数对横摇响应的影响程度随着海况越危险而逐渐降低；当航速提高到一定程度时，航速效应的影响趋于恒定值。本文改进的间断式舭龙骨结构，在不同工况下计算得到横摇角大于10°的概率与原始结构相差较小。考虑到结构强度和经济性等综合因素，该结构可以在实际中加以运用。对比了缩短舭龙骨和裸船体结构

5、，得出此两种结构均与原始船体的横摇抑制能力相差较远。越是在危险的海况，不同舭龙骨结构船体的横摇运动特性差异性越小。关键词：船舶参数横摇，CFD，阻尼系数，概率密度函数IIIABSTRACTUndertheactionofparameterexcitation,theshipislikelytoproducealargeangleroll,whichleadstoaseaaccident.Throughthestudyofthecasesinrecentyears,itisfoundthatthecontainershipismorepronetothephenomenonofparamete

6、rrolling.Aimingattheresearchofshipparameterroll,itwillprovidesomeguidanceforshipdesignandoptimization,soastoprovideguaranteefornormaloperationandsafetyoflifeandpropertyatsea.Inthispaper,basedoncomputationalfluiddynamics,wesimulatetherollmotionofC11containershipatdifferentamplitudes,periodsandspeeds

7、bysimulatingtheforcedrollmotionofthreedimensionalhull.ComparingthecalculatedrollingdampingcoefficientwiththesimplifiedIkedamethod,thedifferencedegreebetweenthetwomethodsisanalyzed,andthecauseofthedampingcoe