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箱式浮体在波浪中的运动分析

曾东  
【摘要】: 浮体受到波浪力的作用而产生摇荡运动,甚至会产生浮体的倾覆或拍击等物理现象,它直接影响到浮体的稳定性和其上设备、人员的安全。因此,研究浮体在波浪中的摇荡运动是浮体流体动力性能一个重要组成部分。浮体在波浪中的运动可以采用两种方法来研究:第一种是采用波浪理论和数值方法预报船舶在波浪中的运动响应。第二种是采用模型试验的方法。 本文首先对船舶耐波性的发展概况进行了回顾,并对势流理论和数值方法的基本理论进行了概述。为了研究浮体在波浪中的运动,结合本文的重点,以刚体运动学的理论和牛顿第二定律为基础建立并推导了箱形浮体六个自由度的耦合运动方程。同时采用修正的切片法计算了箱形浮体在规则波中运动的附加质量、附加阻尼和静水回复力,为计算箱形浮体在波浪中的运动响应打下了基础。以纵摇和垂荡两个运动模态为例,推导了浮体在波浪中运动的频域响应和时域响应方程,并给出了一套较为简单、快捷的计算方法,应用频域方法和时域方法计算了浮体在规则波中两个运动模态的波浪力和频域运动响应,并对频域响应和时域响应特性进行了分析。 在实际海况中,浮体在规则波中运动的情况很少。为了更好的预报浮体在波浪中的运动响应,本文对浮体在不规则波中运动理论进行了概述,同时对描述浮体运动的谱密度数值特征进行了推导,在此基础上给出了浮体在垂荡、纵摇和横摇三个运动模态的计算方法。最后结合一个算例计算了浮体在不规则波中运动的数值特征。并对计算结果进行了分析。


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