斜浪中船舶參強激勵橫搖運動研究.pdf

1、船舶在斜浪中航行時，同時受到參數(shù)激勵和波浪強迫激勵的作用，易發(fā)生參強激勵橫搖運動，導(dǎo)致船舶大幅度橫搖運動甚至傾覆。
　　本文以大型C11集裝箱船為例探索斜浪中船舶參強激勵橫搖運動的力學(xué)機理，對指導(dǎo)船舶在惡劣海況下安全航行有重要意義。主要內(nèi)容如下:
　　船舶在波浪中運動時，垂蕩、縱搖對橫搖運動的影響較大，建立橫搖、垂蕩和縱搖三自由度的耦合運動微分方程，并考慮非線性的恢復(fù)力和橫搖阻尼力矩的影響。其中隨時間變化的橫搖恢復(fù)力矩是參數(shù)

2、激勵項，根據(jù)瞬時船舶與波浪的相對位置，編制瞬時非線性恢復(fù)力程序;橫搖非線性阻尼采用線性加立方阻尼的形式，阻尼系數(shù)由實驗獲得;而附加質(zhì)量系數(shù)、線性垂蕩和縱搖阻尼系數(shù)，以及波浪強迫激勵采用三維勢流理論計算。并采用龍格庫塔方法數(shù)值求解船舶運動微分方程，分析相關(guān)因素的影響。
　　同時提出了一種簡單預(yù)報斜浪中參強激勵橫搖運動的方法，即考慮簡諧變化的垂蕩和縱搖運動，以及初始波峰位置的影響，以瞬時恢復(fù)力程序為基礎(chǔ)計算時變的初穩(wěn)心高，建立1.5自

3、由度的橫搖運動微分方程，應(yīng)用龍格庫塔方法求解橫搖運動解微分方程。數(shù)值分析發(fā)現(xiàn)船舶大幅度橫搖運動時，初穩(wěn)心高呈單一頻率簡諧變化，將其擬合成簡諧函數(shù)，并代入到橫搖運動微分方程，應(yīng)用多尺度法求解其近似解析解，并根據(jù)弗洛凱理論分析解的穩(wěn)定性，確定船舶發(fā)生參強激勵橫搖運動的參數(shù)范圍。
　　通過以上研究可以得到以下結(jié)論:斜浪中船舶參強激勵橫搖運動屬于多頻響應(yīng)，包括波浪激勵頻率及主參數(shù)共振頻率。在滿足參數(shù)橫搖發(fā)生條件時，改變初始時刻波峰位置，船

4、舶參強激勵橫搖運動可能會消失。對于C11集裝箱船，船舶在首斜浪航行容易發(fā)生參強激勵橫搖運動，比在尾斜浪中航行危險。同時隨著波高的增大，船舶發(fā)生參強激勵橫搖的波長、航速和航向角范圍也隨之?dāng)U大。
　　通過解的穩(wěn)定域，可以確定船舶在斜浪中發(fā)生參強激勵橫搖的波高、遭遇頻率與橫搖固有頻率比的范圍;同時研究發(fā)現(xiàn)隨著波高的增大，頻率比范圍擴大;波高繼續(xù)增大，頻率比范圍有減小的趨勢。通過橫搖運動隨遭遇頻率變化的分岔曲線，可以確定船舶發(fā)生參強激勵橫