[發明專利]一種規則波中船舶橫甩非線性動力學分析方法

有效

• 申請號: 202011347245.3
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112434428B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 王麗元;劉崢;李焱;唐友剛;童波
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/15;G06F17/13;G06F119/14
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王蒙蒙

1.一種規則波中船舶橫甩非線性動力學分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，建立船舶在規則波中的艏搖運動微分方程，并確定船舶艏搖運動微分方程中的各項系數；

步驟2，根據非線性動力學理論，確定船舶發生橫甩運動的穩定域和不穩定域的邊界，并得到船舶艏搖運動微分方程解的穩定域示意圖，根據船舶艏搖運動微分方程解的穩定域示意圖得到艏搖運動微分方程中參數激勵項系數的理論臨界值；

步驟3，基于分岔非線性動力學理論，采用數值方法計算船舶艏搖運動分岔特性，得到船舶艏搖角隨波高變化分岔圖，根據船舶艏搖角隨波高變化分岔圖得到數值波高臨界值，以確定步驟2獲得的參數激勵項系數的理論臨界值的可靠性；

步驟4，根據步驟2獲得的船舶艏搖運動微分方程解的穩定域示意圖確定船舶發生橫甩的臨界條件，對船舶波浪中艏搖運動的穩定性做出合理的預報。

2.根據權利要求1所述的規則波中船舶橫甩非線性動力學分析方法，其特征在于，步驟1中，所述的艏搖運動微分方程為：

式中，ψ表示艏向角，F為船舶受到的艏搖運動方向上的波浪力矩，δ表示舵角，K、T為船舶操縱性指數，其中，I表示船體艏搖轉動慣量，M表示作用在船體上的誘導力矩系數，N表示船體艏搖運動的阻尼系數；

所述的艏搖運動微分方程中各項系數為船體艏搖轉動慣量I、船體艏搖運動的阻尼系數N、作用在船體上的誘導力矩系數M、船舶受到的艏搖運動方向上的波浪力矩F、舵角δ，以及船舶操縱性指數K、T；

其中，船舶操縱性指數K、T根據經驗公式獲得；

舵角δ如式(2)所示：

式中，k₁、k₂為舵控制參數，ψ_r表示目標艏向角；

船舶受到的艏搖運動方向上的波浪力矩F根據下述方法確定：采用水動力計算軟件SESAM計算不同浪向下的艏搖波浪力矩，給定船舶在實際海況中的遭遇頻率，對波浪力矩的結果進行插值，得到此遭遇頻率下多個浪向下所對應的一階艏搖波浪力矩，將此波浪力矩按照浪向角從小到大排列，對波浪力矩進行擬合，斜率即為系數F₀對應的值，波浪力矩F擬合成如式(3)所示的形式：

F＝F₀ψcos(ω_et) (3)

式中，ω_e為遭遇頻率，t為時間。