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《天津大学》 2008年
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纵浪和斜浪中船舶非线性运动特性研究

李红霞  
【摘要】: 船舶航行遭遇到风急浪高的恶劣天气时,为了避免横向大面积承受风浪载荷,普遍都会选择调整航向,保持在纵浪或斜浪航行状态;系泊船舶和顺应式海洋结构物在波浪作用下也会最终稳定在纵浪状态。但是,目前的大量实验资料和海难事故的统计发现,在纵浪和斜浪中航行的船舶会发生大幅横摇运动,存在倾覆危险;系泊船舶和顺应式海洋结构物在纵浪中也会发生多种不同形式的运动,极有可能导致结构的失效和系缆的断裂。 本文旨在研究纵浪和斜浪中航行船舶的参激横摇运动问题以及系泊油轮在纵浪中的动力特性和系缆张力的变化特性。主要研究内容和结论如下: 考虑波面形状引起的船舶初稳性高的变化,假设升沉和纵摇满足准静力平衡,提出了纵浪和斜浪中初稳性高波动项的计算方法。建立了船舶纵浪中的参数激励和斜浪中的参强激励横摇运动微分方程。 应用多尺度方法求出了规则纵浪和斜浪中船舶横摇主参数共振的近似解析解,并分析了运动稳定性。采用摄动法和Floquet理论,求出了不同参数激励幅值和强迫激励幅值下的分岔曲面,确定了发生参数激励大幅横摇和船舶倾覆的航行参数。应用随机平均法和FPK方程,求出了随机纵浪中船舶的随机横摇幅值的概率密度函数。进行了随机和规则海浪中船舶运动的仿真研究。 数值仿真和解析分析结果表明:在纵浪和斜浪中,当遭遇频率接近船舶横摇固有频率的两倍,波长和船长接近,波高超过某一阈值的时候,船舶会发生主参数共振,产生大幅横摇甚至倾覆;在斜浪中,船舶发生的是参强激励横摇运动,遭遇频率接近横摇固有频率时,还会激起横摇主共振,同样会产生大幅横摇甚至倾覆。为了避免海难事故的发生,可以通过改变航速和航向,改变船波遭遇频率和参、强激励幅值,使其远离共振区域。 考虑系缆张力的分段非线性特性,建立了系泊铰接塔-油轮系统在纵浪中两自由度分析模型。采用莫里森方程和势流理论分别计算了铰接塔和油轮的波浪载荷。采用数值仿真的方法求解了高度为88.4m的铰接塔和10万吨级油轮的运动响应和系缆动张力,得到了以波浪频率与铰接塔摆动固有频率之比为分岔参数的分岔图,分析了不同系统和环境参数对系统运动和缆绳张力的影响。 数值仿真结果表明:系统在某些波浪频率范围内出现亚谐运动,发生倍周期分岔;在规则波激励下,非线性系泊系统仍可能发生低频慢漂运动,对应的缆绳张力较大;增大波浪激励幅值或者减小系统阻尼,都可能使低频慢漂区域变大;增大风流力会使亚谐运动和低频慢漂区域向高频的方向移动并逐渐消失。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:U661.3

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【引证文献】
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1 林雄伟;胡大斌;戴余良;;潜艇非线性运动研究综述[J];船舶力学;2013年Z1期
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1 张宏瀚;高性能U型减摇水舱系统设计与控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 鲁江;船舶迎浪中考虑波浪增阻影响的参数横摇预报[D];大连理工大学;2011年
3 胡开业;船舶在波浪中的大幅横摇运动及其运动稳定性研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 田伟辉;海流作用下潜标及其系留系统耦合作用的实验研究[D];中国海洋大学;2012年
【参考文献】
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8 温宝贵;;单点系泊系统的运动和受力[J];中国海上油气(工程);1989年06期
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 周芳;郭建友;;第二类Pschl-Teller赝自旋对称势场相对论粒子的束缚态[J];安徽大学学报(自然科学版);2008年01期
3 张娟;李储东;杨华薇;;中国进口棉花数量高峰分析[J];安徽农业科学;2009年19期
4 吴长义;马堃;倪秀波;黄时中;;氢原子斯塔克效应的程序化计算[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2008年01期
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9 胡西多;罗诗裕;邵明珠;;双曲正割平方势与量子阱的电子跃迁[J];半导体光电;2007年05期
10 但伟;邵明珠;;非对称量子阱与系统的本征值和本征函数[J];微纳电子技术;2008年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈建兵;徐军;李杰;;多维非线性随机动力系统概率密度演化分析[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
2 王亥索;孙凡;;船行波对复式航道隔离带宽度的影响[A];中国土木工程学会港口工程分会第七届港口工程技术交流会论文集[C];2011年
3 黄志龙;朱位秋;;高斯白噪声激励下耗散的广义Hamilton系统的等效非线性系统法[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
4 许佳;王洪礼;李胜朋;;不同随机激励对经济模型稳定性影响分析[A];第十一届全国非线性振动学术会议暨第八届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2007年
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6 唐友刚;沈文君;赵晶瑞;刘丽琴;;深海SPAR平台的复杂非线性动力学问题[A];第十二届全国非线性振动暨第九届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2009年
7 刘中华;朱位秋;;时滞反馈控制的拟可积哈密顿系统随机稳定化[A];第十二届全国非线性振动暨第九届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2009年
8 焦贤发;黄小娟;王如彬;张志康;;时滞耦合神经元集群同步神经发放模式[A];第十二届全国非线性振动暨第九届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2009年
9 高隆隆;杜经民;李宝仁;;FADS测压管路动态响应特性分析[A];中国机械工程学会流体传动与控制分会第六届全国流体传动与控制学术会议论文集[C];2010年
10 彭娅玲;张志国;汪礼;戴玛丽;;非稳态NACA翼型绕流兴波的数值模拟研究[A];2007年船舶力学学术会议暨《船舶力学》创刊十周年纪念学术会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陆满君;通信辐射源个体识别与参数估计[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 戴运桃;粒子群优化算法研究及其在船舶运动参数辨识中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 张宏瀚;高性能U型减摇水舱系统设计与控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 戚增坤;突变控制机制及其在船舶非线性横摇运动中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 王龙金;零/低航速减摇鳍升力模型及系统控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 王显峰;船舶运动鲁棒H_∞估计与预报研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 李辉;船舶波浪载荷的三维水弹性分析方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 韩艳;海底管线的冲刷与导流防护技术研究[D];中国海洋大学;2010年
9 徐瑞;大型复杂结构非平稳随机振动分析方法研究[D];华南理工大学;2010年
10 李媛萍;非线性粘弹性结构的动态行为及大跨空间网壳的减震控制研究[D];暨南大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨冬;啁啾激光抑制等离子体参量不稳定性的研究[D];中国工程物理研究院;2009年
2 时博;三个不同边界条件下的Sturm-Liouville问题的迹公式[D];郑州大学;2010年
3 王建勋;4200立辊轧机主传动系统扭振研究[D];郑州大学;2010年
4 李在鹏;半潜式海洋潮流电站系统性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 孟扬;浮子式波浪发电装置设计及其功率特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 周耀华;三体船横摇阻尼及非线性运动预报方法[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 尚祖铭;深海中锚泊线动力特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 麻翠荣;深水钻井船船型开发及总体性能分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 潘胤卓;舰炮自动化弹库交流伺服系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 陈猛;基于DSP和模糊PID的稳定平台的设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 唐友刚,田凯强,张泽盛,董艳秋;船舶参数激励非线性横摇运动方程[J];船舶工程;1998年06期
2 李远林,吴家鸣,王冬姣;波浪对船舶非线性横摇阻尼的影响[J];船舶工程;2003年02期
3 孙伟;梁利华;;非线性条件下被动式减摇水舱仿真研究[J];船舶工程;2005年06期
4 张延峰,董艳秋,唐友刚,张泽盛,郑俊武;纵浪上基本参数共振对船舶稳性的影响[J];船舶力学;1998年03期
5 谢楠,郜焕秋;声纳浮标系统动力学二维时域分析[J];船舶力学;1999年01期
6 董艳秋,纪凯,黄衍顺;波浪中船舶横摇稳性的研究[J];船舶力学;1999年02期
7 沈栋,黄祥鹿;随机波浪作用下的船舶倾覆[J];船舶力学;1999年05期
8 黄衍顺,徐慧,胡云昌;随浪中船舶参数共振倾覆的临界状态[J];船舶力学;1999年05期
9 余音,胡毓仁,金咸定;船舶在波浪中非线性横摇研究的现状和发展[J];船舶力学;2000年01期
10 华建波;不规则波中船舶非线性GM变化的快速模拟计算方法(英文)[J];船舶力学;2000年03期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 王建勋;桂洪斌;周军伟;;潜标系留系统动力学分析[A];纪念徐秉汉院士船舶与海洋结构力学学术会议论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王龙金;零/低航速减摇鳍升力模型及系统控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 吕云飞;甚低频矢量水听器潜标探测系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 张虹;可控被动式减摇水舱仿真及试验研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
4 符文彬;非线性动力系统的分岔控制研究[D];湖南大学;2004年
5 赵为平;大型水面舰艇综合平衡系统研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
6 孙伟;船舶U型减摇水舱控制系统设计及实验研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
7 戴余良;潜艇应急上浮操纵运动分析与控制技术研究[D];武汉理工大学;2007年
8 罗延明;船舶零航速减摇鳍及其电动伺服系统研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
9 王迎光;随机海况下海洋结构物慢漂极端响应和稳性研究[D];上海交通大学;2007年
10 刘利琴;船舶横摇非线性随机动力学行为的研究[D];天津大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 袁鑫;系泊缆索动力分析数值方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 刘鸿飞;基于潜标的数据采集与存储系统的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 宋忠强;海底动力环境监测系统的设计与实现[D];中国海洋大学;2010年
4 秦承志;内波监测自容式潜标系统开发[D];中国海洋大学;2010年
5 苑健康;深水顶张式立管螺旋侧板抑制VIV机理研究[D];中国海洋大学;2010年
6 谭越;U型被动减摇水舱研究[D];大连理工大学;2003年
7 李传兴;规则波浪中的船舶稳性研究[D];大连理工大学;2005年
8 谷家扬;导致船舶倾覆的随机非线性横摇特性研究[D];天津大学;2005年
9 胡开业;船舶在波浪中的非线性横摇运动及其稳定性分析[D];哈尔滨工程大学;2006年
10 付丽坤;纵向规则波中参数横摇的数值模拟[D];上海交通大学;2007年
【二级引证文献】
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1 于立君;孟祥振;金鸿章;孙经广;;综合减摇系统参数配置研究[J];中国造船;2012年04期
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1 潘立鑫;水下机器人近水面横遥减摇控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 刘志坤;水舱结构与控制参数优化及试验分析[D];哈尔滨工程大学;2011年
2 安震;可变周期减摇水舱阻尼板结构及控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
3 孟祥振;综合减摇系统参数配置及控制器优化研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
4 柴威;随机海浪下的船舶非线性横摇与倾覆研究[D];上海交通大学;2013年
【二级参考文献】
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1 范佘明;关于船舶在波浪中操纵运动计算方法的一个评注[J];船舶力学;2000年01期
2 刘正江;船用缆绳强度的计算[J];大连海运学院学报;1992年03期
3 黄鼎良;船在随浪航行时的稳性衡准[J];大连工学院学报;1980年03期
4 闵美松,丁勇,赵晓东;随浪中船舶横甩试验研究[J];哈尔滨船舶工程学院学报;1993年03期
5 陶醉,张纬康;船舶横甩及随浪操纵对策研究综述[J];海军工程大学学报;2001年01期
6 李德镍;;三锚链系泊柱式平台的动力反应[J];海洋工程;1986年02期
7 黃国樑;藤野正隆;;关于风和潮流作用下单点系泊船体的鱼尾状摆动的研究[J];海洋工程;1987年03期
8 申震亚;邱大洪;胡立万;;计算规则波中系泊浮体运动响应的能量法[J];海洋工程;1987年03期
9 张相木;李維扬;;单点系泊系统在风浪流联合作用下的运动和系泊载荷[J];海洋工程;1988年04期
10 林焰,邢殿录,纪卓尚,杨 ;船舶随浪运动稳性仿真计算[J];海洋工程;1994年03期
【相似文献】
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1 唐友刚,林维学,董艳秋,田凯强;船舶参数激励和强迫激励作用下的非线性运动响应[J];中国造船;2001年02期
2 唐友刚;李红霞;;随机斜浪中船舶参数—强迫激励横摇运动计算[J];中国舰船研究;2008年01期
3 刘应中;;关于船舶在不规则波浪中运动的问题[J];上海交通大学学报;1964年01期
4 张延峰,董艳秋,唐友刚,张泽盛,郑俊武;纵浪上基本参数共振对船舶稳性的影响[J];船舶力学;1998年03期
5 詹成胜,邹早建,郑伟涛;船舶运动格林函数远场部分的数值分析[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2002年04期
6 韩忠南;第五讲 船舶运动性能是优选航线的重要依据[J];海洋预报;1987年01期
7 元萍;;一种船用波浪测量仪的设计[J];山东科学;2010年01期
8 陈超核;;在时域中求解非线性船舶运动及波浪载荷的数值计算方法和程序[J];船海工程;1993年05期
9 金传荣,曾广武;用变系数微分方程进行船舶波浪弯矩的时域模拟[J];华中理工大学学报;1994年01期
10 唐友刚,郑俊武,董艳秋,张泽盛,张延峰;船舶内共振动力学行为的研究[J];中国造船;1998年04期
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1 席红敏;张伟;姚明辉;;参数激励和外激励共同作用下的输液管振动及其非线性动力学分析[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
2 郭晨;孙建波;史成军;杨国勋;徐黎黎;;船舶运动智能控制虚拟现实仿真系统[A];2003年全国系统仿真学术年会论文集[C];2003年
3 李静;缪素芬;张伟;;参数激励下5次非线性机械系统的多极限环分岔[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
4 丁玲玲;刘胜;邓志红;孙静川;;船舶航向广义预测控制规律研究[A];2000中国控制与决策学术年会论文集[C];2000年
5 张桂臣;;复合误差模型自适应控制的应用研究[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第一分册)[C];2009年
6 梁文娟;金允龙;陈高增;;船舶与桥墩碰撞力计算及桥墩防撞[A];中国公路学会’2001学术交流论文集[C];2001年
7 余鹤书;谷美荣;许小峰;;在风浪场中船舶运动失速特征[A];中国航海学会海洋船舶驾驶专业委员会天气与航海安全论文集[C];1997年
8 马延德;关伟姝;孙德壮;王言英;;浮式生产储油船(FPSO)迁航性能计算[A];2005年度海洋工程学术会议论文集[C];2005年
9 沈智鹏;郭晨;张宁;;5446TEU集装箱船舶运动数学建模与仿真[A];2007年中国智能自动化会议论文集[C];2007年
10 吴乘胜;朱德祥;顾民;;基于NS方程的数值波浪水池构建[A];第二十一届全国水动力学研讨会暨第八届全国水动力学学术会议暨两岸船舶与海洋工程水动力学研讨会文集[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前6条
1 记者 刘颖;自动舵市场:从中端产品突破[N];中国船舶报;2008年
2 幕泽春 杨莉;大连海大三项船配研究课题通过验收[N];中国船舶报;2008年
3 本报记者 王喜林 栗嘉整理;走特色办园之路[N];科技日报;2004年
4 通讯员 杨莉 姜云飞;不上船便可走遍万里海疆[N];中国水运报;2009年
5 杨莉 姜云飞;高品质航海模拟系统获大奖[N];中国船舶报;2009年
6 张韶军;离岸深水港码头泊稳条件研究 指导船舶安全装卸[N];中国交通报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李红霞;纵浪和斜浪中船舶非线性运动特性研究[D];天津大学;2008年
2 王显峰;船舶运动鲁棒H_∞估计与预报研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 陈熙;热声谐振管参数激励机理研究[D];华中科技大学;2004年
4 黄庆丰;抗震结构动力响应的卸载分析方法[D];天津大学;2003年
5 江林;由航行中船舶运动预报海浪[D];哈尔滨工程大学;2004年
6 文岑;平面二维水沙运动与船舶运动的数值模拟研究及其应用[D];重庆大学;2012年
7 秦洪德;船舶运动与波浪载荷计算的非线性方法研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
8 胡开业;船舶在波浪中的大幅横摇运动及其运动稳定性研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
9 马洁;船舶运动姿态预报与控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
10 张桂臣;复合误差模型自适应船舶控制系统的应用研究[D];大连海事大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张仁彦;船舶运动半物理仿真系统[D];哈尔滨工程大学;2003年
2 王丽丽;低速域船舶运动仿真平台的设计[D];大连海事大学;2011年
3 秦桂晓;铰链式拖驳船的运动建模与仿真[D];大连海事大学;2011年
4 李毓江;船舶在波浪中大幅度运动和载荷时域预报[D];武汉理工大学;2004年
5 潘志远;可计及初始横倾的船舶运动与波浪载荷预报[D];哈尔滨工程大学;2003年
6 刘川;响应型非线性船舶模型的鲁棒神经网络控制[D];大连海事大学;2004年
7 何金花;船舶运动建模及虚拟现实技术的实现[D];厦门大学;2007年
8 韩延明;分布式船舶运动仿真平台的研究[D];大连海事大学;2009年
9 王卓;船舶运动模拟平台液压传动与计算机控制系统设计[D];国防科学技术大学;2003年
10 陈伟;基于实测海洋环境数据库的集装箱船耐波性预报研究[D];上海交通大学;2008年
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