[發明專利]一種作用于船舶上的水流力的綜合計算方法

有效

• 申請號: 202310620915.1
• 申請日: 2023-05-30
• 公開（公告）號: CN116341424B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 肖輝;李焱;陳漢寶;戈龍仔
• 申請（專利權）人: 交通運輸部天津水運工程科學研究所
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 楊佳偉

本發明公開了一種作用于船舶上的水流力的綜合計算方法，屬于港口及航道工程技術領域，包括以下步驟：步驟一、確定計算所需的主要參數，包括設計水位、設計泥面高程、水流流速、船舶垂線長、船寬、與船舶裝載度相對應的船舶吃水、船舶吃水線長和船舶方形系數；步驟二、判斷水流力橫向分力、水流力縱向分力和水流力偏轉力矩的方向，確定水流與船舶縱軸的流向角；計算設計水深；步驟三、計算作用于船舶上的水流力橫向分力、作用于船舶上的水流力縱向分力、作用于船舶上的水流力偏轉力矩。本計算方法克服了傳統方法中查閱曲線圖不便、計算結果偏小等問題，從而提高了港口工程中水流力計算的準確性和實用性。

技術領域

本發明屬于港口及航道工程技術領域，尤其涉及一種作用于船舶上的水流力的綜合計算方法。

背景技術

隨著我國沿海港口建設技術水平的不斷提高，以及世界船舶大型化和專業化的發展，碼頭也呈現大型化和深水化的趨勢。目前國內已經建成了許多大型開敞式深水碼頭，例如上海洋山港、寧波港、舟山港等。然而，開敞式深水碼頭的停泊水域面臨復雜的自然環境條件，如風、浪、流等。此外，停靠的大型船舶體積龐大，吃水深，上層建筑物高聳，因此在風、浪、流的作用下，受力面積大，船舶的運動響應、船舶系纜力和撞擊力也隨之增大。過大的船舶運動幅度會影響碼頭的正常裝卸作業，例如產生的船舶撞擊力和系纜力過大，容易造成斷纜事故，從而對碼頭和船舶的安全生產構成嚴重的威脅。因此，在碼頭設計時，船舶荷載是一個重要的考慮因素，合理確定船舶荷載對于確保碼頭的安全運營至關重要。

船舶在島群中建設的港口中，水流力是船舶荷載的重要組成部分，尤其在波浪受到一定掩護、減弱的情況下。由于水流在島群中流向急且變化大，對船舶作業和系泊安全的影響增大。例如，在我國舟山港某港區，曾發生過斷纜事故，其中水流力為重要事故因素。

國內外眾多學者對作用于船舶上的水流力進行了研究，并取得了一定的研究成果。這些成果被應用于國際組織和各個國家的指南或標準規范中，包括石油公司國際海事論壇（OCIMF）的《系泊設備指南》，英國的《海工建筑物總則》，美國ASCE的《Design?ofMarine?Facilities，Third?Edition》，美國國防部的設計手冊（UFC），日本標準（OCDI）以及我國現行的《港口工程荷載規范》（JTS?144-1-2010）。然而，采用這些國家的標準規范計算出的水流力存在一定的差異。

目前，國際上通用的水流力計算方法中，一般將水流力分解為垂直于船舶縱軸的橫向分力、平行于船舶縱軸的縱向分力和水流對船舶作用產生的偏轉力矩，計算水流力的通用公式如下：

水流力橫向分力：（1）

水流力縱向分力：（2）

偏轉力矩：（3）

或：（4）

式中：—水流力橫向分力系數；—水流力縱向分力系數；—水流力偏轉力矩系數；—水流力偏心系數；—水密度；—水流速度；—船舶垂線長；—與船舶裝載度相對應的船舶吃水。

從上述公式中可知，在已知船舶尺度、水流流速和方向的情況下，計算水流力的大小需要考慮水流力橫向分力系數、水流力縱向分力系數以及水流力偏轉力矩系數或水流力偏心系數等系數。這些系數與船型、相對水深（水深/船舶吃水或船舶吃水/水深）以及流向角（水流與船舶縱軸線的夾角）等因素有關。