[發(fā)明專利]減小船舶橫搖運動的分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310326120.6
• 申請日: 2013-07-30
• 公開（公告）號: CN103387038A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李紅霞;黃一;彭東升;柏陽;常洪波
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: B63B39/00
• 分類號: B63B39/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

1.一種減小船舶橫搖運動的分析方法具有如下步驟：

步驟1：建立船舶三維仿真圖像

建立船舶結(jié)構(gòu)的有限元模型，通過對船舶航行水動力進(jìn)行分析獲取：船舶模型的節(jié)點坐標(biāo)信息、船舶質(zhì)量數(shù)據(jù)信息、附加質(zhì)量數(shù)據(jù)信息、阻尼系數(shù)、波浪繞射力以及水動力參數(shù)，建立該船舶的三維仿真圖像；

步驟2：計算船舶的瞬時回復(fù)力

從船舶模型中獲取在動坐標(biāo)系下的船體點坐標(biāo)，再將船體動坐標(biāo)系下的船體點坐標(biāo)全部轉(zhuǎn)換到隨船坐標(biāo)系下，再轉(zhuǎn)換到大地坐標(biāo)系下，沿波浪傳播方向?qū)⒔?jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的船體點劃分到多個剖面內(nèi)，將船舶在波浪傳播方向的投影長度L分為n份，每一份為ΔL，計算出每一剖面x_i處的橫剖面面積S_i和形心坐標(biāo)y_i、z_i，則船的排水體積V和浮心在大地坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(X,Y,Z)如下所示：

V=(S12+S2+...+Sn-1+Sn2)·ΔL]]>

X=(S12·x1+S2·x2+...+Sn-1·xn-1+Sn2·xn)·ΔL/VY=(S12·y1+S2·y2+...+Sn-1·yn-1+Sn2·yn)·ΔL/VZ=(S12·z1+S2·z2+...+Sn-1·zn-1+Sn2·zn)·ΔL/V]]>

將浮心坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到原點在重心的隨船坐標(biāo)系下，得到隨船坐標(biāo)系下的形心坐標(biāo)(X',Y',Z')，得出垂蕩回復(fù)力F₃、橫搖回復(fù)力矩F₄、縱搖回復(fù)力矩F₅，則：

F₃＝ρVg-G,F₄＝ρVg·X',F₅＝ρVg·Y'

其中：ρ為水的密度，g為重力加速度，V為船舶的排水體積，G為船舶的重量；

步驟3：計算船舶的瞬時波浪入射力

在動坐標(biāo)系下，將船舶左半部分劃分成多個橫剖面，每兩個橫剖面點按一定順序組合形成三角形，對稱得到船舶右半部分的三角形單元，得到船體所有三角形單元，以每個三角形單元為單位進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，首先轉(zhuǎn)換到隨船坐標(biāo)系下，接著轉(zhuǎn)換到大地坐標(biāo)系下，在大地坐標(biāo)系下根據(jù)水面高度對水面附近的三角形單元進(jìn)行修正，設(shè)三角形的中心坐標(biāo)(x,y,z)，三角形單元的面積為S，則該三角形所受的入射力為：

Fd=ρgζacoshk(z+h)coshkhsin(ωt-kxcosψ)·S]]>

其中：ρ為水的密度；g為重力加速度；ζ_a為波幅；k為波數(shù)；h為水深；ω為波浪圓頻率；t為時間；ψ為航向角；

再對所有三角形所受的入射力進(jìn)行積分計算整個船舶所受的波浪入射力；

步驟4：根據(jù)達(dá)朗貝爾原理，采用回復(fù)力和波浪入射力的計算方法，在時域內(nèi)，采用龍格庫塔方法數(shù)值求解船舶垂蕩、縱搖和橫搖三自由度耦合運動微分方程，得出橫搖回復(fù)力矩時程曲線和橫搖運動響應(yīng)時程曲線；

步驟5：計算船舶橫搖概率密度：

將帶有隨機參數(shù)激勵和隨機強迫激勵的橫搖運動方程做如下表達(dá)：

x··4+αx·4+ω2x4(1-γ1W1(t))=γ2W2(t)]]>

其中，C₄為臨界阻尼的10%，I₄₄為橫搖轉(zhuǎn)動慣量，δm₄₄為橫搖附加質(zhì)量；ω為靜水中微幅線性橫搖的固有頻率；W_i(t)為零均值物理高斯白噪聲；γ₁表示參數(shù)激勵噪聲強度，利用橫搖回復(fù)力矩時程和橫搖運動響應(yīng)時程計算參數(shù)激勵噪聲強度γ₁的大小；γ₂表示強迫激勵噪聲強度，根據(jù)波浪譜和波浪力的傳遞函數(shù)計算強迫激勵噪聲強度γ₂的大小；

對上述橫搖運動方程采用路徑積分方法，計算出橫搖角和橫搖角速度的聯(lián)合概率密度函數(shù)、橫搖角邊緣概率密度、橫搖角速度邊緣概率密度以及橫搖角概率分布函數(shù)；根據(jù)橫搖角概率分布函數(shù)獲取超越概率為5%的船舶橫搖角值，即橫搖大于該值的概率為5%；

步驟6：將步驟5中的橫搖角與船舶設(shè)定的進(jìn)水角比較，如果橫搖角大于進(jìn)水角，則調(diào)整船舶的航行狀態(tài)，使橫搖角小于進(jìn)水角，使船舶的橫搖概率降低；如果橫搖角小于進(jìn)水角則該船舶為正常航行狀態(tài)。