[發明專利]一種評估含水平隔板液艙晃蕩固有周期的方法

有效

• 申請號: 201810285903.7
• 申請日: 2018-04-03
• 公開（公告）號: CN108563853B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 扈喆;張曉瑩;李妍;李曉文;朱兆一;陳武;林國珍
• 申請（專利權）人: 集美大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 廈門市精誠新創知識產權代理有限公司 35218
• 代理人: 黃國強

本發明涉及一種評估含水平隔板的液艙晃蕩固有周期的方法，其中，所述方法包括以下步驟：S1、采用邊界元數值方法大量求解不同液艙尺寸、不同水平隔板尺寸和不同水平隔板布置對應的含水平隔板的液艙晃蕩固有周期；S2、對步驟S1得到的數據進行數學模擬，得到含水平隔板的液艙晃蕩固有周期的計算公式為：其中，ξ＝πh/l_e，l_e＝c×l，c為修正參數。

技術領域

本發明涉及船舶領域，具體地涉及一種評估含水平隔板液艙晃蕩固有周期的方法。

背景技術

液貨船是近年來興起的船舶類型，如油船、液化天然氣船和液態化學品船等，此類船舶往往設置多個大型液艙用于儲存運送液體。與傳統船型相比，液貨船的一個重要特征為貨物的流動性。在海上航行時，因風浪流等外界因素作用，船舶會產生搖蕩，進而導致液艙內液體的搖蕩運動，即液艙晃蕩現象。液艙晃蕩會給船舶安全性帶來重大危害，劇烈的液艙晃蕩可導致液艙結構破壞，甚至加劇船舶搖蕩運動進而導致船舶傾覆。評估液艙晃蕩危害的一個重要指標為液艙晃蕩的固有周期，當液艙晃蕩固有周期與船舶搖蕩周期接近時，發生共振，液艙晃蕩程度顯著加劇，工程上應極力避免。

鑒于液艙晃蕩固有周期的重要性，學術界提出了多種方法評估液艙晃蕩固有周期，總體可概括三大類：理論法、試驗法和經驗法。理論法基于流體力學基本原理推導液艙晃蕩固有周期的表達式，該方法最為準確且快捷，但僅適用于規則形狀的光滑液艙(如矩形液艙、圓柱形液艙等)，對于復雜形狀的液艙或帶有內部構件的液艙，該方法失效。試驗法采用實物模型試驗或商業流體工程軟件，通過實物模擬或數值模擬確定液艙晃蕩固有周期，此方法可以較準確地得到液艙晃蕩固有周期且不受液艙幾何形狀的限制，但實物試驗與數值模擬耗時久、成本高，且往往需要多次重復試驗，因此工程適用性差。經驗法借助大量試驗數據及工程實際經驗，提出各式各樣的經驗修正方法來評估液艙晃蕩固有周期，此法方便快捷，可以較準確地得到液艙晃蕩固有周期，可用于特殊液艙形狀，是目前工業界的主流方法，但適用范圍有限，某一經驗方法僅對某種液艙有效，對其他類型液艙無效。

目前工程界評估液艙晃蕩固有周期時普遍混合采用理論法和經驗法，即基于矩形液艙晃蕩固有周期的理論解，并針對形狀變化與內部構件等情況進行經驗性修正。液艙晃蕩固有周期計算公式的原型來源于光滑矩形液艙的晃蕩公式。光滑矩形液艙晃蕩示意圖如圖1所示。根據勢流理論，矩形液艙晃蕩現象的控制方程為：

當x＝±l/2時

當z＝-d時

當z＝0時

其中Φ為速度勢，g為重力加速度。采用標準的分離變量法求解以上固有值問題，即得目前公認的光滑矩形液艙晃蕩固有周期：

采用無量綱方式，得無量綱晃蕩固有周期為

目前國際上普遍認可的方法為采用國際幾家主流船級社推薦的方法。下面分別介紹。

(1)英國船級社推薦方法

英國船級社推薦的方法以矩形液艙晃蕩固有周期的基本理論解為原型，并進一步考慮了底部有垂直構件的情形，如圖1所示。該方法認為增加了底部垂直構件后，液體的有效深度由原F變為其中n為底部構件的個數(在圖2中取4)。

(2)美國船級社推薦方法

美國船級社推薦的方法以矩形液艙晃蕩固有周期的基本理論解為原型，并進一步考慮了底部有垂直構件且設有垂直開口艙壁(或強框架)的情形，如圖3所示。該方法認為增加了底部垂直構件和開口艙壁后，液體的有效深度由原d變為其中n為底部構件的個數(在圖3中取4)。增加了開口艙壁后，液體的有效寬度由原l變為[1-(1-α)/4-(1-α)²/4]²×l，其中α為開口艙壁在該液面深度下的開口面積比(即液面以下開口部分面積/液面以下總面積)。