随机横浪中船舶倾覆概率的时域分析方法

为了研究随机海浪中船舶航行安全域的构造及生存概率的预报方法,考虑阻尼和复原力矩的非线性及海浪的随机性,建立随机横浪中船舶运动的随机非线性微分方程．综合考虑船舶运动的瞬时状态和窄带海浪谱,采用简谐加速度方法在时域内求解横摇随机微分方程,进行随机倾覆过程的数值模拟,构造船舶航行的安全域,计算船舶安全航行的生存概率．选取不同的初始条件及随机波浪参数,在横摇初值平面上构造了一条长30．27 m渔船航行的安全域,预报了不同有义波高作用下渔船安全航行的生存概率．采用本文方法,可以从数量上预报船舶在随机海浪中的生存概率．

应用路径积分法解船舶倾覆概率问题

横浪情况下的倾覆 ,只在严重海浪下才会发生。因此是一个强非线性问题。可以采用首次通过的概念来研究。为此 ,必须求出随时间演变的概率密度分布函数。通常可应用在时间域内解相应的Fokker-Planck方程的方法求取。由于这一方程求解比较困难。一个较有效的办法是应用路径积分法。但这一方法原理上是一个近似方法。是否可用于解首次通过尚待考核。本文主要讨论求解船舶横对随机波的倾覆概率时 ,用路径积分法解一次通过问题的可用性。文中对假想的船舶在白噪声波上的倾覆 ,用路径积分法和有限差分法两种方法求解。两种方法得出的倾覆前时间(一次通过时间)的概率分布基本相同。

随机横浪中船舶倾覆过程模拟与安全域计算

研讨了随机海浪中船舶非线性随机横摇运动倾覆过程和安全域问题。考虑非线性阻尼、非线性复原力矩和随机波浪,建立了随机横浪中船舶运动的随机非线性微分方程。考虑两参数海浪谱和不同的有义波高,计算随机波浪力矩,采用简谐加速度数值计算方法求解随机微分方程,进行了随机倾覆过程的数值模拟。考虑船舶运动的瞬时状态,发展了胞映射方法计算随机非线性横摇运动安全域的方法,并编制了计算机程序。模拟了一条渔船不同有义波高作用下横摇倾覆过程,考虑不同的初始条件及随机波浪参数,在初始值平面上采用胞映射法构造了渔船航行的安全域。波高较小时,安全域是一个连续的区域;随着有义波高增大,安全域面积减小并且不再连续,倾覆域和安全域相互包围。计算结果表明,船舶运动的瞬时状态对安全域具有重要影响,而且随机海浪中安全域具有随机特性。

横向规则波作用下的船舶倾覆

运用安全池理论研究了某近海干货船在横向规则波作用下的船舶倾覆问题。用阿当姆斯预估—校正法数值求解时域内单自由度非线性横摇方程。采用三维格林积分方程法计算水动力系数的频域特性。分析了非线性横摇方程中势流阻尼、非线性阻尼以及在横向规则波作用下波高和频率对安全池的影响。

随机波浪作用下船舶倾覆前持续时间的研究

本文建议采用在随机波作用下船舶保持不倾覆状态所能持续的时间作为表征船舶稳性的指标。由于波浪外载荷随机性的特性 ,这一持续时间是一个随机变量 ,和某一概率相联系。本文运用马尔科夫过程理论和首次通过的概念研究确定这一持续时间和相应的概率。并将理论计算的结果与模型试验的结果进行了比较 ,两者之间有较好的吻合。

船舶倾覆研究的非线性动力学方法

本文评述了近年来国内外研究船舶倾覆的理论和方法，总结了该领域的最新进展，重点介绍了应用Melnikov函数分析船舶强非线性横摇运动及其倾覆问题，简要介绍了相空间转移率的相关概念和它的求法，并指出它与船舶倾覆的密切联系；对国外近年来最新发展起来的应用安全池及其安全池破缺来预测船舶倾覆研究的新思想亦做了探讨，并指出今后船舶倾覆研究的发展趋势及其前景。

艉斜浪下船舶倾覆特性直接CFD数值模拟

[目的]由纯稳性丧失引发的船舶倾覆是国际海事组织(IMO)针对船舶第二代完整稳性的重点研究问题之一。[方法]基于黏性流理论建立CFD数值模拟方法,结合动态重叠网格技术与操纵运动反馈控制模块,对带螺旋桨、带舵的自航船舶在艉斜浪下保持航向操纵运动进行数值模拟,预报纯稳性丧失下船舶的六自由度运动,并对船舶的失稳运动及倾覆特性进行直接评估。[结果]结果显示,船舶在持续的稳性丧失情况下会产生大幅度的横摇运动,最终会因横摇角过大而导致倾覆现象的发生;在稳性丧失的状态下,船舶艏摇角显著增大,说明船舶在该状态下依靠操舵已无法有效控制船舶航向,会导致较为明显的横甩现象。[结论]所做研究表明,采用CFD方法模拟船舶失稳运动与倾覆现象准确性较高,研究成果对于研究船舶第二代完整稳性衡准具有一定的参考意义,可为纯稳性丧失的直接稳性评估方法研究提供支撑。

非线性横摇导致船舶倾覆的突变研究

针对规则波中船舶非线性横摇而产生的倾覆现象,提出了采用突变理论进行分析的方法.在船舶横摇运动方程的建模过程中,将阻尼力矩取至三次项,恢复力矩取至七次项.在此基础之上,经数学变换,将船舶非线性横摇模型转换成了尖点突变模型的形式,并对模型进行了求解,得到了系统突变时的临界函数关系式与关系曲线.分析结果表明,倾覆现象与船舶自然横摇频率和恢复力系数有关,其倾覆的临界条件是自然横摇频率和恢复力系数的函数.当自然横摇频率与恢复力系数满足突变临界函数的关系式与关系曲线时,会导致系统的突变,即船舶的倾覆.

龙卷风风场下水面船舶倾覆的力学机理研究

为研究龙卷风风场对船舶稳定性的影响,利用龙卷风风场模型分析了船舶风荷载特性及其随方位的变化规律。龙卷风风场模型在柱坐标系下形成并假定流场定常,龙卷风的漏斗外形轴对称,且从外围到中心的气压降主要由切向风速产生的离心力来平衡;以"东方之星"船舶简化模型为例,计算了船舶的最小倾覆力矩,并从船舶航向以及船舶位于龙卷风风场的不同径向位置分析了船舶倾覆的力学条件。研究结果表明:船舶航向垂直于龙卷风的径向时,船两侧负压差大于最小倾覆力矩,从而导致船舶倾覆;船舶航向平行于龙卷风的径向时,船舶受高速风的冲击而发生倾覆,倾覆方向与龙卷风的切向一致;船舶航向与龙卷风风场径向成任意夹角时,倾覆取决于船舶相对于龙卷风中心的位置、龙卷风切向风速以及船舶航速。该结果可为船舶设计及龙卷风预警研究提供参考。

龙卷风风场中船舶倾覆力学机理研究

考虑边界层的影响,构建龙卷风在空间内变化的三维风速场,并基于流体力学控制方程推导龙卷风的气压场,计算龙卷风风场中的船舶风载荷,并针对两种典型的船舶方位研究龙卷风风场中船舶倾覆的力学机理;以“东方之星”号客轮为对象,分析客轮在两种典型船舶方位下受到的横向气压与最小倾覆气压之间的关系,确定在整个龙卷风风场范围内的倾覆区域和安全区域,从而校核客轮抵抗龙卷风的能力;为减小风载荷从而降低倾覆风险,当船舶靠近龙卷风中心时,应尽量使船纵向垂直于龙卷风径向,而当船舶远离龙卷风中心时,则应尽量使船纵向平行于龙卷风径向。

基于神经网络的船舶倾覆预警系统

随着我国国际航运中心的不断建设和发展,水路通航密度增加,船舶大型化发展日益明显,加之海上恶劣极端天气呈常态化趋势,发生重大海上安全事故的风险增加,因此人们对于船舶运输的安全性提出了更高的要求。本文针对船舶市场发展现状和船载人员的安全需求,提出了一套基于神经网络的船舶倾覆预警系统,通过加速度传感器获取船舶实时倾斜数据并上传至服务器,使用TensorFlow神经网络进行数据训练,最后得到船舶倾覆模型。系统可将实时获取的数据与此模型进行比对,进而推演预测船舶是否有倾覆的可能性,可做到提前预警并及时联系就近的海事组织做好营救措施,有效保障船舶所载人员的生命安全,具有一定的研究价值。

从一起船舶倾覆事故谈对运砂船的监督管理

运砂船舶的倾覆沉没在内河已屡见不鲜。这类船舶倾覆沉没,不但对运砂船财产和人员生命造成损害,而且打捞沉船工作难度大,极易导致航道受阻,给过往船舶航行安全构成较大的威胁。本文运用船舶原理,对影响船舶初稳性的要素进行分析,研究和探讨运砂船倾覆事故发生的技术原因,提出了相应的管理措施,以达到避免或减少同类事故发生的目的。

船舶倾覆溺水后如何进行自救

2015年6月1日约21：28分，一艘行驶在长江中游湖北监利水域客船倾覆，出事船舶载客454人。此次事件共造成442人死亡，成功获救仅12人。虽然旅途中遇到沉船或者车辆沉入水中的现象并不常见，但事情的变化总是在不经意间就猝然而至，所以掌握一些困境求生法则还是非常必要的。

船舶在随机横浪中的奇异倾覆机理

本文应用非线性随机动力系统理论,从系统稳定性的角度来分析船舶在随机横浪上的运动稳定性,籍此来研究随机海浪中船舶奇异倾覆的机理。本文的研究发现随机动力系统的全局分岔是导致系统失稳并导致船舶倾覆的一种途径。基于这一思路借助随机Melnikov方法,通过求取相流函数零点得到了船舶运动全局稳定性丧失时海浪条件的阈值,从而可以对船舶的抗倾覆能力作出定量的考察。

船舶在横风横浪中的倾覆概率计算

探讨了对横风横浪联合作用下的船舶运动及其倾覆概率计算 .计算中海浪用 ITTC推荐的海浪谱 ,风采用 Davenport频谱描述 .用迭代法求解等效线性化横摇运动微分方程 ,得到线性横摇响应幅值算子 ;由横摇极值的概率密度 ,计算出船舶在不稳定区内每次横摇的倾覆概率 ,进而确定船舶在无航速漂流全过程中的倾覆概率 。

随机海况下的非线性船舶横摇和倾覆

本文考虑波浪的随机性和船舶恢复力矩及阻尼的非线性 ,提出了船舶在随机海浪上航行时的横摇运动方程。根据非线性随机动力学的理论和方法 ,提出了时域横摇非线性随机运动计算方法 ,研究了横摇的非线性和随机动力学行为 ,并对实船在不同有义波高下的动力响应进行了计算 。

随机横浪中甲板上浪船舶的倾覆研究

应用相空间转移率,定量研究了随机海浪中甲板上浪船舶的倾覆,给出了甲板上浪对船舶抗倾覆能力的影响。综合考虑非线性阻尼、非线性恢复力矩和随机横浪激励,建立了无甲板上浪和有甲板上浪时船舶随机非线性横摇运动的一般方程。以一艘倾覆的拖网船为例,分别求解了无甲板上浪和有甲板上浪时,不同海况激励下船舶横摇的相对相空间转移率。以相空间转移率作为船舶稳性损失的度量,定量比较了两种情况下船舶的抗倾覆能力。研究表明,甲板上浪后,船舶在较低的海况下会产生较大的相对相空间转移率,甲板上浪严重降低船舶的抗倾覆能力,从理论上进一步揭示了甲板上浪船舶的倾覆机理。

船舶非线性大幅横摇导致倾覆的研究

综述了风浪中船舶倾覆研究的最新进展 ,对各种主要的研究成果作了述评 ,着重归纳论述风浪中稳性损失 ,非线性大幅横摇运动的性态和随机波浪中船舶倾覆的概率预报 .在分析了各种理论方法优缺点的基础上提出了须进一步研究的建议 .

应用路径积分法求解船舶横摇倾覆概率

通过对船舶非线性横摇运动进行分析,建立了船舶横摇运动的非线性微分方程.以路径积分法(PIS)为基础,在时间域内求解相应的二维Fokker-Planck方程,得到随时间演变的船舶横摇运动的转移概率密度.运用首次通过理论,求得船舶倾覆前时间的概率分布.研究了外部激励、横摇阻尼和非线性复原力矩对船舶横摇运动转移概率密度与首次通过时间的影响.研究结果表明,PIS能用于预测船舶首次通过时间概率分布,从而为船舶设计和稳性衡准提供相关的参考.

随机波浪作用下船舶倾覆的量化研究

为量化船舶倾覆问题,基于随机迈尔尼科夫(Melnikov)函数和相空间传输理论,从能量的角度对随机波浪下船舶航行时倾覆发生的安全程度进行研究.考虑阻尼力矩和回复力矩的非线性以及波浪的随机性,建立船舶非线性横摇运动微分方程.采用快速傅里叶变换(FFT)将时域波浪力转换到频域,从而将随机Melnikov函数及相空间转移率扩展到考虑船舶航速和浪向角的影响,并根据其统计特性对船舶倾覆进行量化.通过实船算例研究其在随机海浪中横摇运动相空间转移率的变化情况,并分析船舶航速、遭遇浪向以及波浪特征频率对相空间转移率的影响.研究结果表明,随机Melnikov函数和相空间传输理论能够较好地对具有一定航速的船舶在随机波浪中的倾覆进行量化,从而可为进一步研究船舶稳性衡准提供有益的参考.