《船舶运动的风浪影响建模与仿真研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《船舶运动的风浪影响建模与仿真研究（84页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、d r a w i n ga n ds h i p Sp a r a m e t e r s ，w a v e sp a r a m e t e r s ，s e ac o n d i t i o n sc h a n g i n g ，a n da l s oi n c l u d i n gs a v i n gd a t a T h es y s t e mi sa3 Ds i m u l a t i o ns o f t w a r e ；i ta l s or e a l i z e st h r e e - d i m e n s i o n a ld i s p l a y B
2、a s e do nt h es y s t e mw eh a v ec r e a t e db e f o r e ，s i m u l a t i o na n a l y s i sf o rt h em o t i o n so fr o l l i n g ，p i t c h i n ga n dh e a v i n gh a sb e e nd o n e Al o to fs i m u l a t i n gc u r v e sf o rt h em o t i o n so fr o l l i n g ，p i t c h i n ga n dh e a v i
3、n gd r a w na r ed i v i d e di n t ot h r e ec o n d i t i o n st od i s c u s s T h ef i r s ti Si nt h es a m es e ac o n d i t i o nb u td i f f e r e n tw a v ea n g l e s ，t h es e c o n di si nt h es a m es e ac o n d i t i o nb u td i f f e r e n ts h i pv e l o c i t i e s ，a n dt h et h i
4、r di si nt h ed i f f e r e n ts e ac o n d i t i o n sb u tt h es a m ew a v ea n g l e B yal a r g en u m b e ro fc u r v e sw e r ea n a l y z e d ，al o to fl a w sf o rs h i p Sm o t i o n so fm a n yk i n d so f 。，fjt _毋，哈尔滨T 程大学硕+ 学位论文目录第1 章绪论11 1 课题的背景及意义11 2 课题的研究现状21 2 1 船舶运动数学模型的研究现状“21 2
5、2 船舶在风浪中运动仿真工作研究现状一31 3 课题的研究内容5第2 章船舶运动数学模型72 1 船舶运动方程72 1 1 坐标系及运动学物理量之间的关系一72 1 2 运动方程式的建立1 02 1 3 运动参量的无因次化1 32 2 裸船体上的流体动力及力矩计算模型“1 42 2 1 惯性类流体动力及力矩模型1 52 2 2 粘性类流体动力及力矩模型1 92 3 螺旋桨及主机特性计算模型- 2 72 3 1 螺旋桨推力及转矩计算模型2 72 3 2 螺旋桨处伴流系数和推力减额系数的计算2 72 3 3 螺旋桨推力系数和转矩系数的计算2 92 3 4 主机特性计算模型3 02 4 舵及舵机特性
6、计算模型3 22 4 1 考虑螺旋桨、船体对舵的干涉时正压力的计算3 22 4 2 舵处来流有效流速及有效冲角的计算3 32 4 3 其它舵系数的计算：3 52 4 4 舵上流体动力、力矩和舵机模型3 62 5 本章小结一3 6第3 章海浪干扰力模型”3 73 1 规则波”3 7广哈尔滨_ T 程人学硕十学位论文3 1 1 规则波数学模型3 73 1 2 波浪干扰力和力矩4 l3 2 不规则波4 53 2 1 二维不规则长峰波海浪模型4 63 2 2 三维不规则短峰波海浪模型4 63 3 海浪谱密度公式4 73 3 1P M 谱4 73 2 2I T T C 谱4 83 2 3 短峰波海浪方向
7、谱4 93 4 本章小结5 0第4 章船舶运动仿真软件系统设计“5l4 1 系统的结构设计”5 14 1 1 船舶运动仿真软件结构图及流程图5 14 1 2 船舶运动仿真系统功能模块介绍5 34 2 系统开发软件介绍5 74 2 1 在V C + + 6 0 环境下实现仿真软件系统5 74 2 2 利用M u l t i g e nC r e a t o r 实现船舶三维模型的创建5 74 2 3 应用V e g aP r i m e 实现三维视景开发5 94 3 本章小结6 0第5 章船舶在风浪中的运动规律仿真结果及分析6 15 1 同一海况不同遭遇角下的船舶运动仿真分析一6 25 2 同一
8、海况不同船速下的船舶运动仿真分析“6 65 3 不同海况相同遭遇角下的船舶运动仿真分析”6 95 4 本章小结“7 2结论“7 3参考文献7 4攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果7 9致j 射8 0一毋哈尔滨 ：程大学硕十学1 1 ：) ：论文第1 章绪论1 1 课题的背景及意义很久以来，船舶设计师们对船舶运动性能的研究大多侧重于船舶在静水中的性能，尤其是在静水中的快速性，但是，大量事实表明，一般在静水中航行性能优良的船舶，在波浪中航行时性能却并不一定是优良的。由于船舶实际上是经常航行在波涛汹涌的海面上，波浪中船舶的稳性受外部环境影响随是时间变化的，其变化情况也十分复杂。船舶作为一种重
9、要的交通工具在世界范围内发挥着极其重要的作用，然而由于失稳造成船舶倾覆的现象时常发生，这不仅仅给世界财富造成了大量损失，同时也给船员和乘客的生命构成了极大的威胁。近一个世纪以来，众多学者为研究船舶波浪稳性的变化规律进行了不懈的努力，并取得了显著的成果，由船舶波浪稳性问题引发的海难事故，在总体上也己经逐步的减少了。船舶倾覆的研究是比较复杂的，主要困难有以下两点：一是涉及到船舶大幅度摇荡运动，这种情况下船舶运动具有很强的非线性，对于非线性问题，目前还缺乏有效的数学工具；二是涉及波浪外载荷的随机性，这导致了船舶倾覆的发生是一个具有一定概率的随机事件。这两方面的困难，严重阻碍了人们对船舶倾覆问题的认识
10、。为确保船舶能够安全运行，防止其在风浪中倾覆，各国都建立了一系列的安全准则；但目前的准则只是考虑船舶的静稳性而未涉及船舶的动稳性。此外，在对于稳性的标准中，将海洋环境和船舶自身的固有特性包括阻尼特性，恢复力矩特性等分开，单纯的描述船舶的稳性和提出船舶稳性的标准。对于倾覆的船舶按照目前的稳性标准不能给出合理的解释。船舶在波浪中倾覆灾难的发生，暴露出了基于静力学理论的稳性规范的不足，所以必须采用现代动力学包括流体动力学和浮体动力学以及随机和非线性动力学的现代方法，全方位去研究风浪中船舶的安全问题。由于计算机技术的飞速发展，计算机辅助设计、科学计算可视化已经被广泛应用于船舶运动领域，成为研究船舶在海
11、浪中运动的重要手段。船舶在波浪上的运动极其复杂，在大幅横摇时，船舶的运动表现为非线性。进行船模试验是目前了解其运动机理的常用手段。但是船模试验太费资费力，并且O6哈尔滨- T 程大学硕十学位论文也不太容易深入研究，因此采用计算机数值模拟或可视化的方法进行研究就显得十分重要了。船舶运动仿真系统具有很大的实际应用价值和很广泛的应用前景，在实验室中应用仿真系统可以模拟各种船舶运动以确定最佳控制、预报方案。然后通过模型试验对优选方案进行验证。同时，和模型试验相比，成本低、周期短，适合做大量探索性研究。船舶运动可视化系统可以实现用户在设计过程中直观方便的交互，从而帮助船舶设计人员对设计出的船舶的运动特性
12、有更深刻的观察和理解。1 2 课题的研究现状1 2 1 船舶运动数学模型的研究现状船舶运动数学模型的研究始2 0 世纪3 0 年代，但真正的系统化研究是在6 0 年代。当时出现了超大型油轮，为揭示其异常操纵特性及适应开发高性能的船舶操纵模拟器的需要，船舶运动数学模型的研究得以迅速发展。7 0 年代末8 0 年代初，由于研制先进的船舶航向、航迹控制器的需要，现代控制理论及系统辨识技术开始在船舶数学模型中应用，又加速了其发展1 。船舶运动数学模型有辨识建模和机理建模两种方法。于2 0 世纪7 0 年代发展起来的辨识建模，是通过测取被研究过程的输入输出数据，加上必要的处理和运算，估计出过程数学模型的
13、一种建模方法，其实质是测试建模法。在船舶运动模型化领域中，占主导地位的是机理建模。它存在两大流派，以A b k o w i t z 为代表的整体型结构模型嘲和日本拖曳水池委员会提出的分离型结构模型，简称M M G ( S h i pM a n o e u v d n gM a t h e m a t i c a lM o d e lG r o u p ) 模型p 叫。A b k o w i t z 非线性运动数学模型是从整体的观点把作用在船体上的流体动力展开为各运动变量的T a y l o r 级数，着重考虑至三阶的非线性项，采用约束船模试验求取参数然后通过计算机仿真来预报船舶操纵性能E 。2 0 世纪7 0 年代末建立起来的M
