Spar平台垂荡-纵摇耦合运动失稳机理

研究参数激励和强迫激励共同作用下Spar平台垂荡-纵摇耦合运动的失稳机理。考虑静稳性和排水体积的变化,推导平台的垂荡回复力和纵摇回复力矩表达式,建立规则波浪中平台垂荡-纵摇耦合的运动方程。以经典Spar平台为例,分析平台垂荡-纵摇耦合运动发生马休类型不稳定运动的条件以及平台运动失稳的形式,给出波高和波浪周期平面上平台因大幅运动失稳的参数域。结果表明,当波高相对较小时,波浪的临界周期接近于垂荡固有周期,平台失稳的形式为马休失稳;当波高相对较大时,波浪的临界周期远离垂荡固有周期,平台由于大幅摇摆运动而失稳。

Spar平台垂荡-纵摇与月池内流体垂向振动的耦合运动研究

考虑半开口月池,研究桁架式Spar平台垂荡、纵摇、月池内流体垂向振动的耦合运动。建立了平台垂荡-纵摇-月池内流体垂向振动的耦合运动方程,推导了月池内流体对平台垂荡和纵摇运动产生的力和力矩。针对三种工况,即不考虑月池开口、月池开孔率为30%和70%,数值计算了耦合系统的运动响应,分析了月池内流体对平台垂荡和纵摇运动的影响,结果表明,月池内流体对平台主体垂荡有抑制作用,且抑制程度与月池开孔面积有关;对于70%的开孔率,平台垂荡响应RAO曲线在月池流体垂向振动固有周期附近出现高频峰值;70%开孔率时,月池内流体的运动远大于30%开孔率的情况;考虑月池开口后,平台的纵摇响应变化较小。最后,分析了耦合参数对平台及月池内流体运动的影响。

船舶参数激励非线性运动升沉(纵摇)-横摇耦合关系的研究

本文考虑船舶参数激励非线性运动 ,导出了升沉与横摇耦合系数的计算公式 ,计算了耦合系数值 ,探讨了升沉对横摇的影响 ,进一步揭示了升沉 (纵摇 )能量向横摇运动转移的机理 ,这对于高海情下船舶运动控制具有重要意义。

Trussspar平台垂荡-纵摇耦合运动数值模拟研究

采用SESAM软件建立平台模型进行数值模拟,得出平台在规则波浪中附加质量系数、阻尼系数和波浪力,建立平台垂荡-纵摇耦合方程,采用龙格库塔法求解该非线性方程,借助于Matlab软件编制计算程序,建立了垂荡-纵摇运动的非线性耦合算法。针对Spar平台垂荡-纵摇耦合运动响应问题,与SESAM软件中的算法相比,本研究建立的垂荡-纵摇运动的非线性耦合算法更接近实际情况。

舰船横摇垂荡非线性耦合的动力不稳定区域

研究了横摇和垂荡非线性耦合情况下的动力不稳定区问题.在船舶顶浪情况下,采用约束参数法分别对非线性耦合和线性耦合的方程进行了稳定性分析,得到稳定区域传递曲线方程.用龙格-库塔数值积分方法分别对此两类方程选择多种类型参数值进行摇摆响应分析,观察到横摇回复运动、周期稳态运动、以及混沌和倾覆等现象,验证了理论分析的结果.理论与数值分析表明,横摇和垂荡的非线性耦合对于船舶摇摆是不可忽略的非线性因素;采用约束参数法进行舰船运动稳定性研究是有效可行的;

用Morlet小波变换研究舰船横摇垂荡耦合特性

本文探索了用小波变换方法对舰船横摇垂荡非线性耦合动力学特性的研究。对于考虑与垂荡二次耦合的舰船横摇方程,用Morlet小波变换分析其摇摆响应动力学特性,研究分析了船舶在几种典型波浪中的状况:稳定区域中的横摇回复和稳态横摇;非稳定区域的横摇发散;以及混沌现象。研究表明,通过小波变换所特有的时频窗,对横摇响应小波变换系数的模和相等信息进行分析,可以获得船舶横摇—垂荡耦合非线性动力学幅值和频率的各种典型特征。

水下系泊监测平台垂荡纵摇耦合运动特性分析

水下系泊监测平台在外界复杂环境载荷作用下有可能出现大幅的垂荡和纵摇耦合运动,这种运动会导致监测结果的不准确,甚至会导致平台主体的倾覆失稳,针对这一问题,论文采用虚拟质量法的思想及多尺度方法理论,进行了平台垂荡幅值和纵摇角度随外界激励变化情况的稳定性优化控制研究,表明显示水下系泊监测平台的垂荡-纵摇耦合运动在整个过程中可以互相激励,垂荡幅值在外界激励作用下呈线性增加的趋势最终会达到稳定值;纵摇角度在外界激励的作用下呈现非线性增加的趋势。这种变化会导致平台的失稳破坏,因此在设计过程中必须进行控制。

横摇作用下气囊-浮筏耦合船用转子系统的非线性动力学特性

为了研究横摇作用下气囊-浮筏耦合船用转子系统的非线性动力学特性,针对船舶横摇运动对气囊-浮筏耦合船用转子系统的影响,建立了横摇与非线性油膜力共同作用下系统的动力学模型,并对动力学方程进行无量纲化处理。采用数值方法求解无量纲方程得到系统的动力学稳态响应,重点研究转子转速和横摇幅值变化对系统动力学特性的影响。研究结果表明:横摇作用下的气囊-浮筏耦合船用转子系统,随着转子转速的增加,运动状态由准周期过渡到混沌;与无横摇作用时系统相比,振动幅值明显增大,运动状态更为复杂。一般情况下横摇作用下系统的分岔与混沌特性不受横摇幅值增减的影响,但其振动幅值会随着横摇幅值的增大而以非线性的形式增大。

舰船横摇纵摇耦合运动的亚谐共振分析

舰船运动的阻尼和刚度非线性,导致舰船大幅运动时横摇和纵摇之间的耦合.该文根据舰船纵摇与横摇耦合的非线性运动方程,考虑强海浪激励以及纵摇和横摇频率为2∶1的内共振关系,采用非线性动力学中多尺度方法,求出横摇和纵摇运动的摄动解,研究了亚谐共振发生的条件,揭示了亚谐共振状态下舰船横摇-纵摇运动的动力学特征.研究表明,舰船亚谐共振的发生取决于波浪遭遇频率和纵摇频率的比值以及波浪激励的大小;舰船运动发生亚谐共振时,舰船出现大幅运动甚至倾覆.

中小型船舶纵-横摇运动非线性耦合特性

对建立的非线性纵-横摇耦合运动方程采用多尺度摄动及直接数值积分方法,进行中小型船舶纵-横摇非线性运动耦合机理、能量传递机制及主要影响因素的研究。顶浪状态及纵横摇发生内共振耦合时,纵摇运动出现饱和现象,不随波浪力增加而增加;能量通过耦合向横摇传递,使横摇幅值增大;随着横摇阻尼的增加,横摇运动幅值明显减小,纵摇运动幅值有所增加;纵摇阻尼增加,纵摇运动幅值略有减小,横摇运动幅值将逐渐减少;横摇固有频率在偏离内共振关系一定程度后,横摇运动迅速消失。

船舶超谐共振响应运动

由于船舶阻尼系数和恢复力矩的的非线性 ,船舶大幅运动时横摇和纵摇耦合。各类船舶的纵摇固有频率接近横摇固有频率的两倍 ,存在基于动力学理论的 2∶ 1的内共振关系。本文考虑大幅波浪激励 ,建立了船舶横摇与纵摇耦合的非线性运动方程 ,针对纵摇和横摇频率存在 2∶ 1内共振关系以及波浪遭遇频率Ω等于 1 /4倍纵摇固有频率 ,采用多尺度方法 ,求出了运动方程的摄动解 ,得到了横摇与纵摇超谐运动的时间历程响应 ,分析了产生超谐共振的条件。研究表明 ,在大幅波浪激励下 ,船舶将出现超谐共振响应 ,其运动特征是 :横摇运动和纵摇运动均为两个不同频率谐波的迭加。横摇响应包括波浪遭遇频率谐波和横摇固有频率谐波 ;纵摇包括波浪遭遇频率谐波和纵摇固有频率谐波。两个谐波响应的迭加 ,使横摇和纵摇运动响应显著增加 ,并且横摇运动不再左右对称。针对算例进行了超谐运动响应计算 ,计算结果与本文的理论分析结论完全吻合。

船舶运动亚谐共振动力学行为的研究

船舶运动时的阻尼和刚度非线性,导致船舶大幅运动时横摇和纵摇之间的耦合。本文依据作者建立的船舶纵摇与横摇耦合的非线性方程,考虑强海浪激励情况以及纵摇和横摇的频率特征存在2∶1的内共振关系,采用非线性动力学中的多尺度方法,求出了横摇和纵摇运动的摄动解,研究了亚谐共振发生的条件,给出了亚谐共振状态下船舶纵摇与横摇运动的动力学特征。研究表明:船舶亚谐共振的发生取决于波浪遭遇频率和纵摇频率的比值以及波浪激励的大小;船舶运动发生亚谐共振时,船舶出现大幅运动甚至倾覆。

基于当前海浪谱的甲板上浪数值模拟

基于CFD方法建立三维黏性流数值波浪水池,采用边界条件造波法生成基于Wa Mo SⅡ实测的海浪环境,采用VOF方法捕捉自由面,通过求解刚体运动学方程模拟船舶的纵摇、垂荡和横摇三自由度耦合运动.在此基础上,实现了船舶在高海况下以不同浪向角航行时的甲板上浪数值模拟.通过数值计算,预报了DTMB5512船模不同浪向角下的甲板上浪频率,这与势流理论方法计算结果相符,验证了本文方法的可信度.