两船并靠油水补给过程的波浪中运动响应计算分析
The calculation and analysis of motion response of ships in waves under side-by-side oil-water supplying state摘 要 The calculation and analysis of motion response of ships in waves under side-by-side oil-water supplying state摘 要为了寻找两船并靠油水补给运动的相关因素，我们需要研究两船在波浪中并靠补给的运动状态。运用三维势流理论，在2种不同波高情况下,对并靠两船在不同的浪向和波浪周期下六个自由度的摇荡运动响应特性进行计算,得出波浪中并靠两船的相对运动特性。从计算结果研究两船在并靠补给时候的运动响应。在此我们运用Hydrostar软件进行计算。Hydrostar软件是以三维势流理论为基础的水动力分析软件。建立两船在波浪中并靠的模型，改变两船的并靠距离，来进行两船的运动特性计算分析。在研究过程中，首先是调研收集分析有关资料，总结分析势流理论解决波浪中两船并靠补给运动问题的研究现状。根据型线在Hyrdrostar软件中建立两船并靠的模型。然后，基于Hyrdrostar软件进行不同海况工况条件下两船摇荡运动状态预测。最终，对模型进行计算，对比分析两船运动响应特性。通过计算结果我们能够看出，两船的并靠补给不同浪向角、频率及波高情况下，各自六个自由度的运动响应有响应的差别。关键词：Hydrostar；船舶摇荡运动；三维势流理论。目录
第一章 绪论 1
1.1本文的目的和意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3研究的主要内容 2
第二章 关于Hydrostar的基本介绍 3
第三章 船舶摇荡运动的表达式 5
第四章 自由面条件和波浪中运动物体的受力公式 10
4.1 线性自由面条件 10
4.2 平面进行波 11
4.3分线性自由面条件 17
4.4定深恒速航行潜体受到的波浪力 19
4.5定深恒速运动球体受到的波浪力公式 24
第五章 计算分析 28
5.1
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
三章 船舶摇荡运动的表达式 5
第四章 自由面条件和波浪中运动物体的受力公式 10
4.1 线性自由面条件 10
4.2 平面进行波 11
4.3分线性自由面条件 17
4.4定深恒速航行潜体受到的波浪力 19
4.5定深恒速运动球体受到的波浪力公式 24
第五章 计算分析 28
5.1计算条件 28
5.2并靠运动响应时的计算分析 28
5.2.1空载情况下 28
5.2.2满载情况下 32
5.3.1空载条件下波高为1m时35
5.3.2满载条件下波高为1m时 38
5.3.3空载条件下波高为1.5m时 41
5.3.4满载条件下波高为1.5m时 45
5.4不同距离下两船并靠运动响应分析 48
结 论 51
致 谢 52
参 考 文 献 53
第一章 绪论
1.1本文的目的和意义
一般船舶在看起来茫茫无边的海上进行必要的油水物资等补给时，在许多情况下必须采用两船并靠的补给方式。但因为经常会受到风浪流及两船体之间的水动力因素影响而产生六个自由度的摇荡方式运动，造成补给船和接受船之间产生相对的运动，也会导致使用中的物品器材波浪中的船舶相互产出摩擦甚至是碰撞，或者早已放好在甲板上的货物或器材伴随着船体在水中的上浮或下沉再次出现悬空、跌落的现象，这些都会对补给过程和工作人员产生严重的安全隐患。因此我们需要研发创新一种新型的具有预测波浪补偿功能的用来辅助两船舶并靠补给的辅助类型系泊系统，保证并靠作业中的两船舶能被约束在安全范围内。但又因为并靠作业时的两船舶都为大体积大质量单位，这会造成波浪补给补偿辅助系统难以避免的有着相对应的运动响应的滞后问题，所以我们必须对并靠作业中船舶在波浪中的相对运动响应特性进行深入的研究和分析。
通过对运动响应状态特征的深入研究与分析，可以讨论出相应的防止船舶在并靠补给中物品与船舶间产生相对摩擦和碰撞的措施与办法，降低油水补给中物品和人员方面的安全隐患，提高安全因素，避免工作人员受到生命威胁，这也是国内外努力研究，不断探讨进取的一个重要发展方向。
1.2国内外研究现状
早在上世界60年代就人们开始了两个物体的水动力干扰研究，Ohkuau采用级数船、展开法计算作用在相互干扰的两个圆柱体上的水动力。Zdravkovich概述了在不同排列情况下两圆柱流场的相互干扰，Ko和Wong测量了作用在两个交错排列圆柱体上的时均阻力和升力，Korsmeyer采用试验的方法研究了两舰船的垂向运动，并采用三维面元方法计算了两舰在有限水域的干扰问题。此后，王小龙等基于fluent软件模拟分析了两船在静水中的兴波干扰，王建方等基于线性势流理论，采用二维切片法（STF）研究波浪中两个浮体以相对速度运动时产生的水动力干扰，提出了一种预报两浮体在波浪中做耦合运动的三维频域方法。Lighthill采用三维频域法研究了二阶波浪辐射和绕射问题，提出二阶波浪力可以通过虚拟辐射势获得。Wang和Wu基于时域分析法分析一组圆柱体的一阶和二阶波浪绕射。[1]
与传统的频域法相比，时域法的优势在于更容易抓住瞬态效应，时域问题是由边界元方法通过两种方法求解：第一种方案是Beck和Liapis使用满足自由面边界条件的格林函数法；另一种方案是使用Rankine源方法，Isaacson和Cheng采用该方案计算了单个圆柱的二阶波浪绕射问题。对于漂移力的求解方法一般有两种，即近场法和远场法。目前，近场法一般用于计算单个结构物的波浪漂移力，远场法则用于求解多浮体各自的波浪漂移力。
在过去20年里，研究的主要工作一直致力于非线性动力分析。最新的进展可以在Maskew，Pawlowski and Bass，Lin 等人and Sclavounos和其他人的研究报告中发现。三维时域势流理论已被应用。势波和船舶运动都被假定为很大的。自由面的条件是满足精确的波浪面或入射面。体边界的条件是满足入射波剖面一下的表面完全湿润或者湿润。然而，这些方法在船体流体力学中并不像线性切片理论一样被普遍认可，这在一定程度上是因为理论实施和参与的困难。主要是由于对计算机性能有过高的要求。因此，在现在和近期，它们只能作为一个不太复杂的检验方法。[2]
1.3研究的主要内容
调研收集分析有关资料，总结分析势流理论解决波浪中两船串靠运动问题的研究现状；
开始了解Hydrostar软件，了解Hydrostar 的原理，熟悉Hydrostar 的 计算步骤，并且能知道并运用每个指令；
在Hyrdrostar软件中建立两船并靠补给的计算模型；
基于Hydrostar软件，进行不同并靠距离下两船补给过程的运动预测，在Hyrdrostar软件中建立两船并靠补给的计算模型
进行多工况下的计算，并对比分析并靠补给中两船的运动特性。
对并靠的两船在波浪方向发生变化的状态下系统的响应进行计算分析，分析波浪的方向和频率对两船并靠产生的影响。
第二章 关于Hydrostar的基本介绍
Hydrostar软件，是由BV公司所研发的一款功能十分强大的有关水动力计算的软件，至今为止已有二十多年的研发历史。Hydrostar可以进行计算波浪与结构的耦合作用，计算考虑流载荷、风载荷，前进速度和内部流体运动，多体结构的相互耦合等的影响。它能对包含任何类型的船，一艘或着多艘船舶及海洋平台结构物（从TLP到FPSO，张力腿平台，半潜平台等）进行1阶波，2阶波，速度，载荷，相对运动，加速度，波浪诱导运动等的计算和预测。
因为Hydrostar软件的开发人员在开发过程中使用了很好的结构布局的缘故，让用户在进行水动力计算分析和研究时获得了更高的效率。Hydrostar中加入了许多强大的有关水动力计算
第一章 绪论 1
1.1本文的目的和意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3研究的主要内容 2
第二章 关于Hydrostar的基本介绍 3
第三章 船舶摇荡运动的表达式 5
第四章 自由面条件和波浪中运动物体的受力公式 10
4.1 线性自由面条件 10
4.2 平面进行波 11
4.3分线性自由面条件 17
4.4定深恒速航行潜体受到的波浪力 19
4.5定深恒速运动球体受到的波浪力公式 24
第五章 计算分析 28
5.1
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
三章 船舶摇荡运动的表达式 5
第四章 自由面条件和波浪中运动物体的受力公式 10
4.1 线性自由面条件 10
4.2 平面进行波 11
4.3分线性自由面条件 17
4.4定深恒速航行潜体受到的波浪力 19
4.5定深恒速运动球体受到的波浪力公式 24
第五章 计算分析 28
5.1计算条件 28
5.2并靠运动响应时的计算分析 28
5.2.1空载情况下 28
5.2.2满载情况下 32
5.3.1空载条件下波高为1m时35
5.3.2满载条件下波高为1m时 38
5.3.3空载条件下波高为1.5m时 41
5.3.4满载条件下波高为1.5m时 45
5.4不同距离下两船并靠运动响应分析 48
结 论 51
致 谢 52
参 考 文 献 53
第一章 绪论
1.1本文的目的和意义
一般船舶在看起来茫茫无边的海上进行必要的油水物资等补给时，在许多情况下必须采用两船并靠的补给方式。但因为经常会受到风浪流及两船体之间的水动力因素影响而产生六个自由度的摇荡方式运动，造成补给船和接受船之间产生相对的运动，也会导致使用中的物品器材波浪中的船舶相互产出摩擦甚至是碰撞，或者早已放好在甲板上的货物或器材伴随着船体在水中的上浮或下沉再次出现悬空、跌落的现象，这些都会对补给过程和工作人员产生严重的安全隐患。因此我们需要研发创新一种新型的具有预测波浪补偿功能的用来辅助两船舶并靠补给的辅助类型系泊系统，保证并靠作业中的两船舶能被约束在安全范围内。但又因为并靠作业时的两船舶都为大体积大质量单位，这会造成波浪补给补偿辅助系统难以避免的有着相对应的运动响应的滞后问题，所以我们必须对并靠作业中船舶在波浪中的相对运动响应特性进行深入的研究和分析。
通过对运动响应状态特征的深入研究与分析，可以讨论出相应的防止船舶在并靠补给中物品与船舶间产生相对摩擦和碰撞的措施与办法，降低油水补给中物品和人员方面的安全隐患，提高安全因素，避免工作人员受到生命威胁，这也是国内外努力研究，不断探讨进取的一个重要发展方向。
1.2国内外研究现状
早在上世界60年代就人们开始了两个物体的水动力干扰研究，Ohkuau采用级数船、展开法计算作用在相互干扰的两个圆柱体上的水动力。Zdravkovich概述了在不同排列情况下两圆柱流场的相互干扰，Ko和Wong测量了作用在两个交错排列圆柱体上的时均阻力和升力，Korsmeyer采用试验的方法研究了两舰船的垂向运动，并采用三维面元方法计算了两舰在有限水域的干扰问题。此后，王小龙等基于fluent软件模拟分析了两船在静水中的兴波干扰，王建方等基于线性势流理论，采用二维切片法（STF）研究波浪中两个浮体以相对速度运动时产生的水动力干扰，提出了一种预报两浮体在波浪中做耦合运动的三维频域方法。Lighthill采用三维频域法研究了二阶波浪辐射和绕射问题，提出二阶波浪力可以通过虚拟辐射势获得。Wang和Wu基于时域分析法分析一组圆柱体的一阶和二阶波浪绕射。[1]
与传统的频域法相比，时域法的优势在于更容易抓住瞬态效应，时域问题是由边界元方法通过两种方法求解：第一种方案是Beck和Liapis使用满足自由面边界条件的格林函数法；另一种方案是使用Rankine源方法，Isaacson和Cheng采用该方案计算了单个圆柱的二阶波浪绕射问题。对于漂移力的求解方法一般有两种，即近场法和远场法。目前，近场法一般用于计算单个结构物的波浪漂移力，远场法则用于求解多浮体各自的波浪漂移力。
在过去20年里，研究的主要工作一直致力于非线性动力分析。最新的进展可以在Maskew，Pawlowski and Bass，Lin 等人and Sclavounos和其他人的研究报告中发现。三维时域势流理论已被应用。势波和船舶运动都被假定为很大的。自由面的条件是满足精确的波浪面或入射面。体边界的条件是满足入射波剖面一下的表面完全湿润或者湿润。然而，这些方法在船体流体力学中并不像线性切片理论一样被普遍认可，这在一定程度上是因为理论实施和参与的困难。主要是由于对计算机性能有过高的要求。因此，在现在和近期，它们只能作为一个不太复杂的检验方法。[2]
1.3研究的主要内容
调研收集分析有关资料，总结分析势流理论解决波浪中两船串靠运动问题的研究现状；
开始了解Hydrostar软件，了解Hydrostar 的原理，熟悉Hydrostar 的 计算步骤，并且能知道并运用每个指令；
在Hyrdrostar软件中建立两船并靠补给的计算模型；
基于Hydrostar软件，进行不同并靠距离下两船补给过程的运动预测，在Hyrdrostar软件中建立两船并靠补给的计算模型
进行多工况下的计算，并对比分析并靠补给中两船的运动特性。
对并靠的两船在波浪方向发生变化的状态下系统的响应进行计算分析，分析波浪的方向和频率对两船并靠产生的影响。
第二章 关于Hydrostar的基本介绍
Hydrostar软件，是由BV公司所研发的一款功能十分强大的有关水动力计算的软件，至今为止已有二十多年的研发历史。Hydrostar可以进行计算波浪与结构的耦合作用，计算考虑流载荷、风载荷，前进速度和内部流体运动，多体结构的相互耦合等的影响。它能对包含任何类型的船，一艘或着多艘船舶及海洋平台结构物（从TLP到FPSO，张力腿平台，半潜平台等）进行1阶波，2阶波，速度，载荷，相对运动，加速度，波浪诱导运动等的计算和预测。
因为Hydrostar软件的开发人员在开发过程中使用了很好的结构布局的缘故，让用户在进行水动力计算分析和研究时获得了更高的效率。Hydrostar中加入了许多强大的有关水动力计算
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