随机风浪中舰船横摇倾覆概率分析

以路径积分法为基础,采用Gauss-Legendre公式探讨了随机风浪作用下舰船的运动及其倾覆概率计算。考虑阻尼力矩、复原力矩的非线性及风浪的随机性,建立了随机风浪中舰船运动的非线性微分方程,应用路径积分法给出白噪声随机扰动和定常风倾力矩作用时横摇角概率密度函数随时间的演变,按照现有的倾覆准则给出舰船倾覆概率的表达式。通过算例,验证了路径积分法的准确性,分析了各个参数对横摇角概率密度的影响,计算得出了不同风速、不同航速下的倾覆概率,以及倾覆概率随时间的变化。研究表明,此方法简便可行,并能在数量上预报舰船在随机风浪下的倾覆概率。

水下爆炸载荷和随机风浪联合作用下破损舰船的运动及其倾覆概率计算

针对当前在水下爆炸载荷和随机风浪联合作用下,破损舰船运动及其倾覆概率的计算结果误差较大的问题,对其进行研究。分析爆炸冲击波传播速度对战斗状态舰船的影响,推导出战斗状态下舰船横摇幅度加剧程度,得到水下爆炸载荷的倾侧力矩,并研究稳定航行中舰船的航速与绝对风速之间的关系,通过理论力学建立破损舰船的横摇运动方程,得出随机风浪对航行中舰船的扰动力矩,基于现有的倾覆准则,计算出水下爆炸载荷和随机风浪联合作用下破损舰船的倾覆概率。通过实验,对该方法与传统方法的计算结果误差值进行对比。与传统计算方法相比,该方法所得到的结果误差明显减小。

随机风浪下船舶航速自适应控制

船舶在航行过程中受到参数扰动及海浪因素等影响,导致航速控制的稳定性不好,提出基于自适应反演误差补偿的随机风浪下船舶航速控制方法。构建随机风浪下船舶航速控制约束参量模型,采用船舶姿态信息的实时调节方法进行误差补偿,结合船舶的航速参量进行位姿修正,提高船舶航行的稳定性。采用Kalman滤波算法进行船舶航速参量的融合处理,实现自适应优化控制。仿真试验结果表明,采用该方法进行船舶航速自适应控制的稳定性较好,输出航速参量的自适应调节能力较强,提高船舶抗随机风浪能力。

随机风浪数据的频谱分析

前言水利工程中开阔的水库风浪对水工建筑物的作用不可轻视。目前水库设计波浪的推算方法有二。即特征波法与波谱法。对于大型水库中园柱形建筑物(如调压塔),往往要考虑风浪的动力荷载。

随机风浪下的游艇稳性可靠度计算

建立游艇横摇运动微分方程,利用马尔科夫过程理论和路径积分法进行求解,得到游艇横摇角概率密度函数。借鉴结构可靠性计算方法建立游艇稳性概率计算模型,采用当量正态化法(JC法)求解得到游艇稳性可靠度。实例计算表明:游艇在不同海域下的稳性可靠度存在一定差异,随着外界风浪增大,游艇稳性可靠度呈逐步下降趋势,且都存在一个快速下降的波高区间。该方法能够更科学地评判游艇在不同航行条件下的稳性状况,是游艇稳性横准研究的发展方向之一。

跨海桥梁随机非平稳风浪同步模拟方法

大跨度跨海桥梁会同时遭受风和波浪等复杂环境激励作用,需要在生命周期内考虑其安全性,首要问题是进行正确的随机风和波浪模拟.为同时考虑风浪相关性、风浪非平稳特性和风速空间相干性,首先,本文基于风浪联合功率谱模型,采用谐波合成法和演化谱理论建立了随机非平稳风浪同步模拟方法;然后,采用所建方法,针对某大跨度桥梁进行了随机非平稳风浪同步模拟,给出了桥梁关键位置风速和波高时程样本,对比了模拟谱和目标谱,验证了所建方法的正确性;最后,针对此大跨度桥梁进行了风浪联合作用下的动力响应分析,比较了传统方法和本文方法得出的桥梁关键位置抖振力和波浪力,并对比了两种方法的位移结果.研究表明:本文方法可以同时考虑风浪相关性、风浪非平稳特性和风速空间相干性,实现随机非平稳风浪同步模拟,且具有良好的模拟精度;当随机模拟数组取值相同时,风浪相关性对风速和波高时程样本的影响与模拟点距离有关,总体上看,其对风速时程样本影响较小,对波高时程样本影响较大,进而对桥塔水下结构横向位移影响显著,所分析工况下变化率绝对值极值可达71.0%;风浪非平稳特性对桥梁水上和水下结构响应的影响均十分显著,因此进行随机非平稳风浪同步模拟具有合理性和必要性.

水下爆炸及随机外力下破损舰船的倾覆概率分析

探讨了水下爆炸载荷和随机风浪联合作用下破损舰船的运动及其倾覆概率的计算。将爆炸载荷作用及平均风扰动力矩处理为定常横倾力矩,建立了爆炸载荷和随机风浪中舰船运动的非线性微分方程。结合扩维技巧,将横摇方程转化为五维Ito随机微分方程,应用Gauss-Legendre路径积分法给出随机扰动为白噪声时横摇角度的概率密度函数随时间的演变,按照现有的倾覆准则给出预报一定装药量下舰船倾覆概率的表达式。通过算例,计算了破损舰船不同装药量下不同时刻的倾覆概率,分析不同装药量对倾覆概率的影响。研究表明,此方法简便可行,并能在数量上预报破损舰船在水下爆炸及随机风浪下的倾覆概率,为进一步研究舰船倾覆及稳性横准提供有益的参考。

考虑流固耦合的近海风机动力响应数值计算

研究了固定式海上风机的流固耦合问题.选取美国可再生能源实验室(NREL)建立的5 MW海上单桩式风机模型,采用Kaimal谱和风剪切指数理论模型,通过NREL编写的程序—TurbSim,生成脉动风场,进而使用气弹程序FAST计算风力机的气动荷载,输出包括剪力和弯矩在内的塔顶荷载时程.选取Pierson-Moskowits波浪谱,并利用谐波叠加法模拟随机波浪.采用Morison公式计算波浪力,分别建立了海上风机塔架考虑与不考虑流固耦合效应时的动力方程及数值模拟方法,并对比分析了这两种情况下的波浪力和结构响应的差异.结果表明,两种情况下计算得到的波浪力和风机响应有明显差异,并且这种差别跟风浪大小等因素有关.

Spar型海上浮式风力机系统运动耦合计算方法

针对海上浮式风力机系统(FOWTs)与风浪流相互作用问题,建立了时域非线性耦合动力学方程和流体动力数学模型,采用Fortran语言编程、时域频域转换和龙格-库塔法迭代求解方法,分析定常风、规则波和随机风浪环境下,Spar型FOWTs除艏摇之外的5自由度运动响应特性。结果表明,额定定常风速时,风力机系统5自由度运动响应的平均值和峰峰值都受影响,而其他定常风速不影响纵向运动响应的峰峰值;规则波对5自由度运动响应的平均值影响很小,但峰峰值明显增大;在随机风浪下,FOWTs的纵荡(摇)和升沉运动分别不同程度地出现明显低频性和波频性,而且与风速相关。分析方法及其结果为海上FOWTs的运动性能设计提供参考。

舰船运动姿态仿真与多层AR预报研究

舰船运动姿态预报可更好地保障舰船各项作业的顺利进行,提高航行安全性。该文从频域角度仿真随机风浪,据此仿真舰船运动。考虑到舰船运动姿态时域上的非线性、非平稳特点,采用多层AR模型进行舰船运动姿态预报,并根据仿真案例进行预报检验。多层AR方法能有效提高极短期预报的精度。

张力腿基础刚度对大跨浮式悬索桥风-浪动力响应的影响

采用张力腿基础的大跨度浮式桥梁是一种新型跨海桥梁体系,由于张力腿结构横向刚度弱,风-浪作用下结构响应受基础设计的影响大。该文构建了浮式桥梁风-浪荷载计算及结构运动响应有限元分析方法,以某采用张力腿基础的浮式悬索桥为对象,分析了张力腿基础淹没深度、张力腿拉索倾角等设计参数对张力腿基础横、竖向刚度以及风-浪作用下浮桥动力响应的影响。结果表明,风荷载对浮桥主梁的动力响应起主导性作用;通过增加张力腿基础的淹没深度增大结构的竖向刚度,能直接有效地减少大跨浮桥的动力响应;调整张力腿拉索倾角为75°~80°时可以有效降低结构的横、竖向运动响应,过小的倾角虽然可以提供较大的横向刚度,但会增大主梁的运动响应。因此,张力腿基础刚度是大跨浮式桥梁结构动力响应的控制性因素,应对基础设计参数开展重点研究。