风浪流联合作用下系泊船运动响应研究
摘 要摘 要 船舶在码头前的运动响应及缆绳张力是港口设计和运营过程中的关键问题，直接关系到码头结构和货物装卸作业的安全。准确的预报码头前系泊船的运动响应及缆绳张力，对保证船舶的装卸货物、港口运营安全是至关重要的。 码头前的运动响应和缆绳张力非常关键，港口设计的时候一定要注意。近几年船舶在往大型化转变，泊位也向深水化发展。这也是近岸深水岸线减少的必然趋势。随着港口向深水区发展，其建设的要求越来越高，各方面也更加关心船舶的系泊安全问题。本文通过数值模拟，针对不同泊位长度计算系泊船的运动响应及缆绳张力，来使人们重视码头，了解不同情况的运动响应及缆绳张力，为港口设计提供依据。关键词：系泊船；泊位长度；运动响应；缆绳张力 目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究的目的及意义 1
1.2 研究综述 2
1.2.1码头前系泊船运动响应及缆绳张力的数值研究 2
1.2.2 波群对系泊船运动响应的作用 4
1.2.3码头前系泊船的物理模型试验研究 5
1.2.4 码头的长度以及系缆墩布置研究概况 6
1.3 本文工作 7
第二章 有限元软件介绍 8
2.1用于船舶与海洋工程的有限元软件 8
2.1.1TRIBON软件 8
2.1.2ANSYS软件 8
2.1.3 FEMAP 8
2.1.4Gambit几何造型: 9
第三章 基本原理 11
3.1 研究船舶运动响应的方法 11
3.2坐标的定义 11
3.3 控制方程及定解条件 12
3.4 二阶平均漂移力 15
3.5 时域下的波浪力计算 17
3.6 流力、风力 17
3.7 粘性阻尼 17
3.8时域的水动力系数 19
3.9 系泊船的运动方程 21
第四章 风浪流联合作用下系泊位移及缆绳张力研究 23
4.1研究背景 23
4.2数值模型的建立 23
4.2.1坐标系 23
4.2.2缆绳对系
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
计算 17
3.6 流力、风力 17
3.7 粘性阻尼 17
3.8时域的水动力系数 19
3.9 系泊船的运动方程 21
第四章 风浪流联合作用下系泊位移及缆绳张力研究 23
4.1研究背景 23
4.2数值模型的建立 23
4.2.1坐标系 23
4.2.2缆绳对系泊船的作用力及力矩 24
4.2.3 船舶对护弦撞击力及力矩 25
4.3风流作用下多种泊位长度的对比研究 25
4.3.1 数值模拟条件 26
4.3.2数值分析 27
4.4 本章小结 41
结 论 42
致 谢 43
参考文献 44
第一章 绪论
1.1 研究的目的及意义
我国的岸线资源丰富，港口繁多，随着经济发展，已经成为海上运输强国，海上运输是货物进出口的主要方式。港口的作用又很多，例如枢纽作用和补给作用，是支持经济发展的重要设施。其不仅仅对经济有促进作用，更是一个国家综合实力的体现。
四十多年，经过港口工程研究、科研人员和学者不断进取，中国已经完成了世界级大港的建造，得到业界的一致认可，也总结了比较成熟的建设港口的经验，其中离岸深水港码头工程的建设水平也有了相当的发展。
在经济飞速发展的今天，港口的建设规模愈来愈大。港口岸线是不可再生的，用完就没了，应该珍惜。我国经过30多年的建港高潮，沿海海洋资源几乎开发殆尽，满足贸易运输的需要的持续发展，建设更科学、更满足市场需求的先进的远洋港口，这样使得港口建设得到促进。
但是，港口必将是越来越远离海岸，同时满足远洋需求，和上世纪的重力式港口比较，没有原先防波堤保护的码头。收到的各种环境载荷都比原来大，进而，增加了一些基础资料获得的难度，不够准确。港口数字化、智能化的趋势使得大型的深水港船舶系泊稳定更为重要，需要更准确的确定船舶在码头前的系缆力和运动响应。所以我国的现代港口建设还有待发展。
很长的一段时间，中国没有对开敞式码头进入过深入的研究，因此也就没有相应的经验来支持我国对其进行建设。波浪具有多向性、随机性，这会影响到系泊船停泊时的稳定，船舶也将面临着更多的问题，这些复杂情况将会影响船舶的运动。所以我们不能只研究以往形式的码头，对开敞式码头的研究就是为了加深码头前系泊船停泊稳定的理解，计算出运动响应，从而促进我国港口的建设。
通过经验公式，可以计算出风、流的作用力。因为没有用来掩护的防波堤和约束流场的规则壁，外海的开敞式码头跟内港池相比，船舶停泊的水域包括风、浪、流的自然环境条件变得更为复杂，方向及大小更难测量，所以相应的对外海的开敞式码头的设计就有了新的问题。比如说船舶在较大外力作用下发生的位移过大导致缆绳断裂或者船体受损的问题，这就需要考虑在复杂海洋环境作用下如何减少受到的外力、降低位移量来提高安全性，保证工作效率让系泊更稳定。故研究规则波作用下的系泊船在以降低位移量来提高安全性，保证工作效率让系泊更稳定的设计方案。
本文建立了规则波作用下的数值模型，利用其做一些优化泊位的研究。
1.2 研究综述
码头前的运动响应和缆绳张力非常关键，港口设计的时候一定要注意。近几年船舶在往大型化转变，泊位也向深水化发展。这也是近岸深水岸线减少的必然趋势。随着港口向深水区发展，其建设的要求越来越高，各方面也更加关心船舶的系泊安全问题。由于我国对开敞式港口的认识不够，没有相应的经验，已经建成的部分开敞式码头发生过缆绳断裂的事故，所以需要对这种现象进行探讨。有很多因素可以影响系泊运动，如泊位长度、吨位、护弦及水深等。船舶在码头前会受到波浪作业力，护弦和缆绳约束，它们都是非线性的，伴随者运动过程中缆绳变得松弛，导致系缆作用下的船舶不再只是做简谐运动而是非线性运动。
目前，研究船舶的运动响应主要有两种方法，物理以及数值模型。模型可以很好的反应出实际船舶的情况，因为模型就是放小版的实际船舶，因此模型与实际船舶的基本情况也就可以类似的替换。模型的使用有两种。以往人们使用的都是物理模型，随着时间的推移以及科学技术的不断发展，越来越多的人开始使用了数值模型。物理模型与数值模型各有利弊，物理模型跟接近实际，可信度高，反应出的情况也更加准确但是造价昂贵，变化不及时，花的时间也较长。相对的数值模型更经济高效，可以随时应变但是结果比较抽象。
1.2.1码头前系泊船运动响应及缆绳张力的数值研究
数值模型有快速经济高效的特点，可以弥补物理模型的缺陷，而且船舶以及码头的特性可以在模型中给出。物理模型造价昂贵，需要消耗大量的资源，越是精度要求高的试验，相对应的费用也就越高。因此，现在的科技发展的很快，学者们对系泊的理解越来越透彻，这种方法也被更多的人熟知并加以运用，其已经成为
第一章 绪论 1
1.1 研究的目的及意义 1
1.2 研究综述 2
1.2.1码头前系泊船运动响应及缆绳张力的数值研究 2
1.2.2 波群对系泊船运动响应的作用 4
1.2.3码头前系泊船的物理模型试验研究 5
1.2.4 码头的长度以及系缆墩布置研究概况 6
1.3 本文工作 7
第二章 有限元软件介绍 8
2.1用于船舶与海洋工程的有限元软件 8
2.1.1TRIBON软件 8
2.1.2ANSYS软件 8
2.1.3 FEMAP 8
2.1.4Gambit几何造型: 9
第三章 基本原理 11
3.1 研究船舶运动响应的方法 11
3.2坐标的定义 11
3.3 控制方程及定解条件 12
3.4 二阶平均漂移力 15
3.5 时域下的波浪力计算 17
3.6 流力、风力 17
3.7 粘性阻尼 17
3.8时域的水动力系数 19
3.9 系泊船的运动方程 21
第四章 风浪流联合作用下系泊位移及缆绳张力研究 23
4.1研究背景 23
4.2数值模型的建立 23
4.2.1坐标系 23
4.2.2缆绳对系
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
计算 17
3.6 流力、风力 17
3.7 粘性阻尼 17
3.8时域的水动力系数 19
3.9 系泊船的运动方程 21
第四章 风浪流联合作用下系泊位移及缆绳张力研究 23
4.1研究背景 23
4.2数值模型的建立 23
4.2.1坐标系 23
4.2.2缆绳对系泊船的作用力及力矩 24
4.2.3 船舶对护弦撞击力及力矩 25
4.3风流作用下多种泊位长度的对比研究 25
4.3.1 数值模拟条件 26
4.3.2数值分析 27
4.4 本章小结 41
结 论 42
致 谢 43
参考文献 44
第一章 绪论
1.1 研究的目的及意义
我国的岸线资源丰富，港口繁多，随着经济发展，已经成为海上运输强国，海上运输是货物进出口的主要方式。港口的作用又很多，例如枢纽作用和补给作用，是支持经济发展的重要设施。其不仅仅对经济有促进作用，更是一个国家综合实力的体现。
四十多年，经过港口工程研究、科研人员和学者不断进取，中国已经完成了世界级大港的建造，得到业界的一致认可，也总结了比较成熟的建设港口的经验，其中离岸深水港码头工程的建设水平也有了相当的发展。
在经济飞速发展的今天，港口的建设规模愈来愈大。港口岸线是不可再生的，用完就没了，应该珍惜。我国经过30多年的建港高潮，沿海海洋资源几乎开发殆尽，满足贸易运输的需要的持续发展，建设更科学、更满足市场需求的先进的远洋港口，这样使得港口建设得到促进。
但是，港口必将是越来越远离海岸，同时满足远洋需求，和上世纪的重力式港口比较，没有原先防波堤保护的码头。收到的各种环境载荷都比原来大，进而，增加了一些基础资料获得的难度，不够准确。港口数字化、智能化的趋势使得大型的深水港船舶系泊稳定更为重要，需要更准确的确定船舶在码头前的系缆力和运动响应。所以我国的现代港口建设还有待发展。
很长的一段时间，中国没有对开敞式码头进入过深入的研究，因此也就没有相应的经验来支持我国对其进行建设。波浪具有多向性、随机性，这会影响到系泊船停泊时的稳定，船舶也将面临着更多的问题，这些复杂情况将会影响船舶的运动。所以我们不能只研究以往形式的码头，对开敞式码头的研究就是为了加深码头前系泊船停泊稳定的理解，计算出运动响应，从而促进我国港口的建设。
通过经验公式，可以计算出风、流的作用力。因为没有用来掩护的防波堤和约束流场的规则壁，外海的开敞式码头跟内港池相比，船舶停泊的水域包括风、浪、流的自然环境条件变得更为复杂，方向及大小更难测量，所以相应的对外海的开敞式码头的设计就有了新的问题。比如说船舶在较大外力作用下发生的位移过大导致缆绳断裂或者船体受损的问题，这就需要考虑在复杂海洋环境作用下如何减少受到的外力、降低位移量来提高安全性，保证工作效率让系泊更稳定。故研究规则波作用下的系泊船在以降低位移量来提高安全性，保证工作效率让系泊更稳定的设计方案。
本文建立了规则波作用下的数值模型，利用其做一些优化泊位的研究。
1.2 研究综述
码头前的运动响应和缆绳张力非常关键，港口设计的时候一定要注意。近几年船舶在往大型化转变，泊位也向深水化发展。这也是近岸深水岸线减少的必然趋势。随着港口向深水区发展，其建设的要求越来越高，各方面也更加关心船舶的系泊安全问题。由于我国对开敞式港口的认识不够，没有相应的经验，已经建成的部分开敞式码头发生过缆绳断裂的事故，所以需要对这种现象进行探讨。有很多因素可以影响系泊运动，如泊位长度、吨位、护弦及水深等。船舶在码头前会受到波浪作业力，护弦和缆绳约束，它们都是非线性的，伴随者运动过程中缆绳变得松弛，导致系缆作用下的船舶不再只是做简谐运动而是非线性运动。
目前，研究船舶的运动响应主要有两种方法，物理以及数值模型。模型可以很好的反应出实际船舶的情况，因为模型就是放小版的实际船舶，因此模型与实际船舶的基本情况也就可以类似的替换。模型的使用有两种。以往人们使用的都是物理模型，随着时间的推移以及科学技术的不断发展，越来越多的人开始使用了数值模型。物理模型与数值模型各有利弊，物理模型跟接近实际，可信度高，反应出的情况也更加准确但是造价昂贵，变化不及时，花的时间也较长。相对的数值模型更经济高效，可以随时应变但是结果比较抽象。
1.2.1码头前系泊船运动响应及缆绳张力的数值研究
数值模型有快速经济高效的特点，可以弥补物理模型的缺陷，而且船舶以及码头的特性可以在模型中给出。物理模型造价昂贵，需要消耗大量的资源，越是精度要求高的试验，相对应的费用也就越高。因此，现在的科技发展的很快，学者们对系泊的理解越来越透彻，这种方法也被更多的人熟知并加以运用，其已经成为
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jtgc/cbyhy/274.html
