基于sesam軟件浮船塢波浪載荷計(jì)算【畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p>　　本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p><b>　　第一章 緒論3</b></p><p><b>　　1.1前言3</b></p

2、><p><b>　　1.2概述3</b></p><p>　　1.3 Sesam軟件說(shuō)明4</p><p>　　1.4 課題研究背景6</p><p>　　1.5本課題主要研究工作6</p><p>　　第二章 波浪理論8</p><p><b>　　2.

3、1概述8</b></p><p>　　2.2 基本假設(shè)和基本坐標(biāo)系9</p><p>　　2.3 Morison 方程9</p><p>　　2.4三維勢(shì)流理論11</p><p>　　2.5繞射理論的特點(diǎn)11</p><p>　　2.6控制方程12</p><p>　　

4、2.7邊界元法13</p><p>　　第三章 浮船塢模型建立、計(jì)算15</p><p>　　3.1參數(shù)資料15</p><p>　　3.2浮船塢模型建立16</p><p>　　第四章 數(shù)據(jù)結(jié)果分析24</p><p>　　4.1波浪入射角對(duì)波浪載荷的影響24</p><p>　　

5、4.1.1波浪入射角對(duì)波浪誘導(dǎo)垂向剪力的影響24</p><p>　　4.1.2波浪入射角對(duì)波浪誘導(dǎo)垂向彎矩的影響27</p><p>　　4.1.3波浪入射角對(duì)波浪誘導(dǎo)扭矩的影響30</p><p>　　4.2裝載狀態(tài)對(duì)波浪載荷的影響33</p><p>　　4.2.1裝載狀態(tài)對(duì)波浪誘導(dǎo)垂向剪力的影響33</p>&

6、lt;p>　　4.2.2裝載狀態(tài)對(duì)波浪誘導(dǎo)垂向彎矩的影響37</p><p>　　4.2.3裝載狀態(tài)對(duì)波浪誘導(dǎo)扭矩的影響41</p><p><b>　　總結(jié)46</b></p><p><b>　　[參考文獻(xiàn)]47</b></p><p><b>　　致謝49</b

7、></p><p><b>　　附錄62</b></p><p>　　基于Sesam軟件浮船塢波浪載荷計(jì)算</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文使用Sesam軟件對(duì)浮船塢進(jìn)行耐波性分析，該浮船塢參數(shù)為總長(zhǎng)LOA=52.00m，垂線間長(zhǎng)LPP=52.00m，水

8、線長(zhǎng)LWL=52.00m，型寬B=35.00m，型深D=19.00m，最大作業(yè)吃水d=3.80m。使用挪威船級(jí)社SESAM軟件HYDRO程序結(jié)合工作海域的波浪散布圖，使用POSTRESP輸出各橫截面的波浪誘導(dǎo)垂向剪力、垂向彎矩長(zhǎng)期預(yù)報(bào)值和六個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)；其次采用CCS規(guī)范的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算垂向波浪剪力與垂向波浪彎矩，并進(jìn)行比較分析。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】 浮船塢；波浪載荷；Sesam；Patran</

9、p><p>　　BASED ON THE SESAM SOFTWARE FLOATING DOCK WAVE LOAD CALCULATION</p><p>　　[Abstract] This article uses Sesam software to analysis seekeeping of floating dock,the parameters of the floating d

10、ock are LOA=52.00m， LPP=52.00m， LWL=52.00m， B=35.00m， D=19.00m， d=3.80m. WADAM program is used as calculator and the POSTRESP program is used as statistics postprocessor. The POSTRESP is used to calculate the wave-induce

11、d vertical bending moment, vertical shear force of the reference sections, the three translations and three rotations of the ship with working-area scatter diagram.</p><p>　　[Key words] floating dock;wave lo

12、ad;Sesam；Patran</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1前言</b></p><p>　　耐波性是研究船舶在波浪中運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一門(mén)學(xué)科。在波浪中航行的船舶，由于受到波浪的擾動(dòng)，船體會(huì)發(fā)生搖蕩的運(yùn)動(dòng)。如將船體看做剛體，則這種搖蕩的運(yùn)動(dòng)可以分解為三種角位移和三種線位移，

13、分別成為橫搖、縱搖、首搖和縱蕩、橫蕩、垂蕩，在六種運(yùn)動(dòng)中，橫搖、縱搖和垂蕩對(duì)船舶航行性能影響最大。波浪除了產(chǎn)生搖蕩運(yùn)動(dòng)外，還會(huì)引起一些動(dòng)力效應(yīng)：砰擊、上浪、失速和螺旋槳飛車。這些動(dòng)力效應(yīng)又會(huì)對(duì)船舶舒適性、航行使用性和安全性帶來(lái)不利的影響。因此，在設(shè)計(jì)船舶的過(guò)程中，必須考慮波浪對(duì)船舶的影響。</p><p>　　研究船舶耐波性能的目的在于：</p><p>　　了解船舶搖蕩運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及其影響

14、因素；</p><p>　　掌握各種搖蕩運(yùn)動(dòng)的預(yù)報(bào)方法；</p><p>　　尋找避免或減輕搖蕩運(yùn)動(dòng)的方法。</p><p>　　應(yīng)該指出，耐波性對(duì)船體的要求往往和其它性能的要求相矛盾，因而要全面分析，分清主次，以求得合理的解決。</p><p>　　目前，已有許多三維船舶運(yùn)動(dòng)和波浪載荷預(yù)報(bào)的商業(yè)軟件。如挪威船級(jí)社(DNV)開(kāi)發(fā)的SESAM(

15、船舶強(qiáng)度計(jì)算系統(tǒng))，其中WADAM模塊和WASIM模塊主要進(jìn)行水動(dòng)力計(jì)算，WADAM是基于三維頻率的船舶運(yùn)動(dòng)和波浪載荷預(yù)報(bào)模塊，主要解決零航速浮體(海洋工程結(jié)構(gòu)物)的預(yù)報(bào)。</p><p><b>　　1.2概述</b></p><p>　　浮船塢是指可在水上沉浮和移動(dòng)的修船用船塢，簡(jiǎn)稱浮塢。實(shí)際上是一種兩側(cè)有墻、前后端開(kāi)敞的槽形平底船。塢墻和塢底均為箱形結(jié)構(gòu)，沿縱向

16、和橫向分隔為若干封閉的艙格，有的艙格稱為水艙，用來(lái)灌水和排水，使船塢沉浮。底艙的作用除保證浮性外，還能支承船舶。塢墻的作用是保證船塢具有必要的剛度和浮游穩(wěn)定性，并提供生產(chǎn)所需的空間。待修船進(jìn)塢時(shí)，先在浮船塢水艙內(nèi)灌水，使之下沉至塢內(nèi)水深滿足進(jìn)塢船只吃水要求時(shí)，用設(shè)在塢墻頂上的絞車將待修船牽引進(jìn)塢，對(duì)準(zhǔn)中心軸線后四面系纜固定，然后抽去水艙內(nèi)的水使船塢上浮，直至塢底板頂面露出水面，便可開(kāi)始修理工作。船舶出塢時(shí)，操作程序相反。</p&g

17、t;<p>　　浮塢下沉?xí)r吃水較大，設(shè)塢位置除應(yīng)有足夠水深外，還要求風(fēng)浪較小，淤積少，離岸近，一般系泊在船廠旁邊。 　　浮塢一般為鋼結(jié)構(gòu)，需要定期維修，維修費(fèi)用較干船塢大。也有用鋼筋混凝土制造的浮船塢。維修浮塢水下部分時(shí),可在浮塢一側(cè)的水艙內(nèi)灌水，使浮塢傾斜,另一側(cè)水下部分露出水面。一側(cè)維修好后，再用同樣方法維修另一側(cè)。</p><p>　　1.3 Sesam軟件說(shuō)明</p>

18、<p>　　SESAM 是挪威船級(jí)社(DNV)開(kāi)發(fā)的大型軟件系統(tǒng)，用于船舶及海洋工程的結(jié)構(gòu)和流體動(dòng)力分析、設(shè)計(jì)，其發(fā)展基礎(chǔ)正是有限元法在船舶及近海領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。本課題使用該軟件分析計(jì)算平臺(tái)結(jié)構(gòu)三維有限元模型在自身載荷和環(huán)境載荷作用下的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。SESAM 是世界造船領(lǐng)域一致認(rèn)可的大型結(jié)構(gòu)有限元分析軟件，可以解決船體平臺(tái)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度剛度及結(jié)構(gòu)優(yōu)化等問(wèn)題，通過(guò)有限元分析確保各個(gè)零部件及分析系統(tǒng)在最合理的環(huán)境下正常地工作以獲得

19、最佳性能。</p><p>　　SESAM 的顯著特點(diǎn)是功能模塊化。不同的子程序模塊分別完成模型建立、環(huán)境載荷分析、結(jié)構(gòu)分析、結(jié)果處理等功能，其基本結(jié)構(gòu)組成見(jiàn)圖 3.1 SESAM 中的模塊主要有預(yù)處理模塊Patran-Pre, Prefem, Preframe, Prese1和Proban:環(huán)境分析模塊Wadam,Wajac, Waveship, Wasim, Installjac 和 Simo;結(jié)構(gòu)分析模塊

20、Sestra, Splice, Usfos,Mimosa和 Riflea，計(jì)算后處理模塊 Postresp, Xtract, Framework, Stofat, Profast,Cutres. Platework和 Comcode。這些不同的模塊整合成三個(gè)軟件包，即建模前處理模塊 GeniE，水動(dòng)力模塊 HydroD 和系泊耦合分析模塊 DeepC。論文中用到的模塊：</p><p>　　(1) GeniE——

21、結(jié)構(gòu)建模</p><p>　　GeniE 是用于海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)和分析的有效工具，建模、分析和結(jié)果處理被整合到同一用戶圖形界面(GUI)中。一般通用的有限元程序僅僅可以高效的執(zhí)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算，而對(duì)于結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)性，載荷和強(qiáng)度評(píng)估關(guān)注不夠，GeniE 很好的解決了這個(gè)問(wèn)題。</p><p>　　(2) Wadam——一般結(jié)構(gòu)波浪載荷計(jì)算</p><p>　　Wadam

22、 全稱為 Wave Analysis by Diffraction and Morison Theory，指基于繞射和Morison 理論的波浪分析，用于計(jì)算任意形狀固定式或浮動(dòng)式結(jié)構(gòu)的波浪載荷結(jié)構(gòu)相互作用，例如半潛式平臺(tái)、平臺(tái)張力腿、Spar 平臺(tái)和重力基結(jié)構(gòu)等。Morison 方程用于細(xì)長(zhǎng)比較小的結(jié)構(gòu)，一階二階三維勢(shì)流理論適用于大體積結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)由細(xì)長(zhǎng)體和大體積部分共同組成時(shí)用 Morison 方程和勢(shì)流理論，細(xì)長(zhǎng)部分的力可由結(jié)構(gòu)大體

23、積部分引起的繞射波運(yùn)動(dòng)計(jì)算而得。Wadam 主要用于實(shí)現(xiàn)以下功能：</p><p>　　1)靜壓數(shù)據(jù)和慣性屬性的計(jì)算；</p><p>　　2)總體響應(yīng)的計(jì)算，包括一階、二階波浪激勵(lì)力和彎矩，水動(dòng)力附加質(zhì)量和阻尼，剛體運(yùn)動(dòng)，剖面力和彎矩，常數(shù)漂移力和力矩，內(nèi)部艙室壓力；</p><p>　　3)多體系統(tǒng)的特定總體響應(yīng)計(jì)算：</p><p>　

24、　4)為進(jìn)行接下來(lái)的結(jié)構(gòu)分析將載荷自動(dòng)傳遞給有限元模型，包括慣性載荷，用于結(jié)構(gòu)梁元分析的線載荷，用于結(jié)構(gòu)殼固體元分析的壓力載荷，自由面的壓力載荷等。</p><p>　　從程序角度而言 Wadam 是 SESAM 程序組的一個(gè)集成部分，用于計(jì)算 SESAM 前處理器 GeniE 生成的模型的波浪載荷。這些模型通過(guò) SESAM 接口文件由 Wadam 讀入Wadam 分析控制數(shù)據(jù)由 Wadam 前處理器 Prewa

25、d 產(chǎn)生，wadam 總體響應(yīng)分析結(jié)果儲(chǔ)存于結(jié)果接口文件。在 Postresp 中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后處理分析，并顯示計(jì)算結(jié)果。映射至結(jié)構(gòu)有限元的載荷儲(chǔ)存于載荷接口文件，可以在 Sestra 中進(jìn)行后繼結(jié)構(gòu)分析。Wadam 中總體響應(yīng)部分分析固定和漂浮結(jié)構(gòu)的波浪載荷響應(yīng)。計(jì)算結(jié)果是剛體假定下的力和響應(yīng)傳遞函數(shù)，同時(shí)產(chǎn)生總體矩陣結(jié)果數(shù)據(jù)和離向運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)果。這些結(jié)果傳遞至統(tǒng)計(jì)后處理器 Postresp 進(jìn)行圖形顯示。統(tǒng)計(jì)后處理 Postresp 由傳遞

26、函數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析組成，包括響應(yīng)譜和長(zhǎng)短周期統(tǒng)計(jì)的計(jì)算。Postresp 還可以計(jì)算總體矩陣的運(yùn)動(dòng)方程和 Wadam 傳遞的激勵(lì)力。</p><p>　　(3) Sestra 結(jié)構(gòu)線性靜力分析和動(dòng)力分析</p><p>　　Sestra 是有限元計(jì)算的核心模塊，它從前處理模塊中獲得計(jì)算時(shí)需要的數(shù)據(jù)，計(jì)算的結(jié)果形成數(shù)據(jù)庫(kù)文件提供給后處理模塊進(jìn)行進(jìn)一步分析和輸出，Sestra 基于位移法有限元技術(shù)

27、，可以進(jìn)行線性靜力分析及線性動(dòng)力分析。除有限的控制求解過(guò)程的執(zhí)行指令數(shù)據(jù)外，Sestra 所讀入的所有數(shù)據(jù)均由預(yù)處理器及環(huán)境載荷求解程序生成并經(jīng) SESAM 界面文件傳遞，類似地除可選擇的打印輸出外，Sestra 產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)均經(jīng) SESAM 界面文件傳遞給后處理器。</p><p>　　SESAM 的特點(diǎn)可綜合如下：</p><p>　　1)結(jié)構(gòu)分析程序基于有限元方法，可解決多種結(jié)構(gòu)類

28、型，多種載荷類型的應(yīng)力問(wèn)題。獨(dú)特的多層次超單元技術(shù)大大提高了程序效率。</p><p>　　2)交互式圖形后處理器不僅可以提供各種數(shù)據(jù)結(jié)果的圖形而且，提供了用于最后評(píng)估和設(shè)計(jì)的程序。</p><p>　　3)流體動(dòng)力分析程序中環(huán)境載</p><p>　　4)不同模塊間的數(shù)據(jù)自動(dòng)傳送是通過(guò) SESAM 界面文件實(shí)現(xiàn)的，這些界面文件包含有限元模型數(shù)據(jù)、環(huán)境載荷結(jié)果、程序

29、結(jié)果數(shù)據(jù)、載荷剛體位移總外力等結(jié)構(gòu)響應(yīng)應(yīng)力和位移等。</p><p>　　1.4 課題研究背景</p><p>　　傳統(tǒng)的船體結(jié)構(gòu)分析分為兩部分，一是全船總縱強(qiáng)度的簡(jiǎn)化分析，二是船體局部強(qiáng)度分析。在總強(qiáng)度分析中，將船體簡(jiǎn)化為一根等效梁，復(fù)雜的船體變成一條一維尺度的直線，而載荷也全部集中到這條代表剖面縱軸的直線上，為得到強(qiáng)力構(gòu)件的內(nèi)力，采用了應(yīng)力合成的方法，即將構(gòu)件的內(nèi)力分為總彎曲應(yīng)力和板架

30、彎曲應(yīng)力，分別計(jì)算后再進(jìn)行合成。然而，實(shí)際的船體結(jié)構(gòu)是一個(gè)很復(fù)雜的三維箱形結(jié)構(gòu)，其受力是相當(dāng)復(fù)雜的，特別是波浪載荷的不確定性。</p><p>　　對(duì)于浮船塢，由于其自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，船體剖面變化顯著，因此不能把船體當(dāng)作一根等值梁來(lái)計(jì)算其總強(qiáng)度，而需要有一種能夠考慮非等值結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)響應(yīng)的更加精確的船體梁分析方法，目前，國(guó)內(nèi)外主要發(fā)展以薄壁梁理論為基礎(chǔ)的有限梁方法。薄壁梁理論在前期設(shè)計(jì)階段可以起到一定的作用，但是，對(duì)于

31、波浪載荷，薄壁梁理論采用確定性的方法；而波浪載荷是隨機(jī)性的，因此這些由薄壁梁理論所得到的結(jié)果有很大的局限性，不能對(duì)船體的各個(gè)部分給出較詳細(xì)和準(zhǔn)確的應(yīng)力分布，往往有較大的誤差。</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，全船有限元分析技術(shù)使船體總強(qiáng)度分析有了革命性的突破。全船有限元分析法將全船各主要構(gòu)件按其受力狀況分別以膜、殼、梁、析條等單元來(lái)表達(dá)，可以較真實(shí)地表達(dá)出全船結(jié)構(gòu)的剛度特性，通過(guò)有限元分析求解，可

32、以求出各主要構(gòu)件的實(shí)際變形與應(yīng)力。采用全船有限元分析法和波浪載荷的直接計(jì)算可以進(jìn)一步提高計(jì)算結(jié)果的可信度。</p><p>　　1.5本課題主要研究工作</p><p>　　浮船塢是指可在水上沉浮和移動(dòng)的修船用船塢，簡(jiǎn)稱浮塢。實(shí)際上是一種兩側(cè)有墻、前后端開(kāi)敞的槽形平底船。</p><p>　　本文主要運(yùn)用了挪威船級(jí)社(DNV)的SESAM (Super Elemer

33、nt Structure Analysis Modules)軟件系統(tǒng)對(duì)浮船塢整船建立有限元模型，進(jìn)行全船彎扭強(qiáng)度分析，包括對(duì)其進(jìn)行了波浪統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)，確定設(shè)計(jì)波，計(jì)算船體應(yīng)力分布。</p><p><b>　　主要內(nèi)容有：</b></p><p>　　(1)整理浮船塢的圖紙和資料，分析其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用SESAM的子模塊PATRANTRE建立全船模型，包括幾何模型、有限元模

34、型、流體動(dòng)力計(jì)算模型和質(zhì)量模型，然后將全船模型導(dǎo)入SESAM軟件系統(tǒng)中。</p><p>　　(2)利用挪威船級(jí)社(DNV)的SESAM軟件系統(tǒng)的波浪載荷分析與響應(yīng)計(jì)算子模塊WADAM，計(jì)算全船在一系列規(guī)則波上的流體動(dòng)力載荷，包括動(dòng)壓力在濕表面上的分布及其對(duì)指定截面的積分，形成載荷傳遞函數(shù)。</p><p>　　(3)根據(jù)規(guī)范和指導(dǎo)性文件，利用上面得出的傳遞函數(shù)，以及挪威船級(jí)社(DNV)的

35、SESAM軟件系統(tǒng)的進(jìn)行計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)處理的交互式圖形后處理器POSTRESP，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理和預(yù)報(bào)。通過(guò)長(zhǎng)期預(yù)報(bào)，確定設(shè)計(jì)波。</p><p>　　(4)對(duì)于每一設(shè)計(jì)波，利用挪威船級(jí)社(DNV)的SESAM軟件系統(tǒng)的用于線性靜力和動(dòng)力結(jié)構(gòu)分析的子模塊SESTRA對(duì)全船結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算求解。</p><p>　　(5)利用挪威船級(jí)社(DNV)的SESAM軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理器PREPO

36、ST和有限元分析圖形處理器，對(duì)其結(jié)果以圖形方式顯示出來(lái)，分析全船或局部有限元模型及其應(yīng)力分布狀況。</p><p>　　在實(shí)際海況中，船舶運(yùn)動(dòng)受到諸多因素的影響，嚴(yán)重的搖蕩運(yùn)動(dòng)不僅會(huì)影響船舶的運(yùn)營(yíng)效率，甚至?xí)斐山Y(jié)構(gòu)毀損或傾覆失事。研究船舶在波浪中的搖蕩運(yùn)動(dòng)機(jī)理，主要是為設(shè)計(jì)耐波性能良好的船舶提供可靠的依據(jù)。在船舶耐波性的適居性、實(shí)際使用性、生命力的三個(gè)主要評(píng)價(jià)指標(biāo)中，如下指標(biāo)是設(shè)計(jì)者必須考慮和關(guān)心的：六個(gè)自由度

37、的運(yùn)動(dòng)速度平均值或特征值、加速度特征值、運(yùn)動(dòng)速度和加速度的極值、甲板淹濕、砰擊和砰擊負(fù)荷、波浪誘導(dǎo)振動(dòng)、船體相當(dāng)梁彎矩、船體撓度、局部波浪負(fù)荷、所需功率的增加、螺旋槳空轉(zhuǎn)和尾軸負(fù)荷、航向穩(wěn)定性，上述指標(biāo)的影響因素非常廣泛，其中每一項(xiàng)都有其專門(mén)的技術(shù)和理論，但有一點(diǎn)是肯定的，確定這些因素的臨界狀態(tài)必須研究船舶與海浪的相互影響也就是說(shuō)，必須對(duì)船舶在波浪上的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行研究。因此，準(zhǔn)確地對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究、預(yù)報(bào)，為保證船舶安全性和運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性具

38、有十分重要的意義。</p><p>　　和船舶運(yùn)動(dòng)研究息息相關(guān)的一個(gè)研究領(lǐng)域是船舶在波浪中的載荷研究，船舶在波浪上的運(yùn)動(dòng)理論是研究波浪載荷的理論基礎(chǔ)之一。進(jìn)行船舶結(jié)構(gòu)分析時(shí)，首先要確定作用在船體上的載荷，而結(jié)構(gòu)分析的精度又很大程度地取決于波浪載荷計(jì)算。因此，波浪載荷問(wèn)題是船舶結(jié)構(gòu)研究中非常重要的一個(gè)問(wèn)題。</p><p>　　對(duì)船舶設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，提供一種合理的、接近實(shí)際情況的預(yù)報(bào)工具是非常必

39、要的。在船舶運(yùn)動(dòng)和載荷預(yù)報(bào)領(lǐng)域，雖然基于頻域和概率的線性切片理論已經(jīng)取得了巨大成功，但是仍有許多實(shí)際的耐波性和結(jié)構(gòu)載荷問(wèn)題在線性理論下得不到合理的解決，甲板上浪、外飄沖擊力、首尾砰擊等問(wèn)題便是明顯的例子。由于忽略了非線性載荷，在某些種類船型的載荷計(jì)算中，預(yù)報(bào)值和實(shí)際值之間有很大的差距；船舶大幅度運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果忽略非線性恢復(fù)力矩和粘性阻尼，預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)的幅值也將不準(zhǔn)確。以上問(wèn)題表明了非線性問(wèn)題的重要性，在船舶運(yùn)動(dòng)和載荷預(yù)報(bào)中必須考慮這些非線性因

40、素。另外一個(gè)同樣突出的問(wèn)題是船舶的三維性，在對(duì)水線下船體表面動(dòng)態(tài)壓力的預(yù)報(bào)中，分別利用線性的二維方法和三維方法計(jì)算，二者存在較大的差距。以上問(wèn)題說(shuō)明，在船舶運(yùn)動(dòng)和載荷預(yù)報(bào)中，仍有諸多問(wèn)題值得探討和研究。</p><p><b>　　第二章 波浪理論</b></p><p><b>　　2.1概述</b></p><p>　

41、　在研究海洋結(jié)構(gòu)物與流體相互作用的時(shí)候，若把結(jié)構(gòu)物視為剛體，研究流體作用下它的受力和運(yùn)動(dòng)，則一般可將其分為繞射問(wèn)題和輻射問(wèn)題。繞射問(wèn)題是計(jì)算波浪作用力的定解問(wèn)題，而忽略結(jié)構(gòu)物的運(yùn)動(dòng)；輻射問(wèn)題是計(jì)算由于結(jié)構(gòu)物運(yùn)動(dòng)而引起的流體的附加質(zhì)量、阻尼系數(shù)的問(wèn)題。如果考慮結(jié)構(gòu)物的彈性，則問(wèn)題變得更為復(fù)雜，稱為波（流）激振動(dòng)問(wèn)題，或稱為水彈性問(wèn)題。</p><p>　　浮式細(xì)長(zhǎng)體可以按照耐波性理論進(jìn)行計(jì)算；對(duì)于固定式孤立柱和柱群

42、，當(dāng)其截面為圓形，且直徑與波長(zhǎng)之比小于 0.2、柱群間距大于波長(zhǎng)、可以忽略相互影響時(shí)，采用半經(jīng)驗(yàn)的 Morison 公式計(jì)算其波浪力；對(duì)于非直立、任意截面形狀的結(jié)構(gòu)，采用三維勢(shì)流理論計(jì)算。浮船塢的浮體部分采用三維勢(shì)流理論進(jìn)行計(jì)算，連接柱則視為小尺度物體，并且認(rèn)為其存在對(duì)波浪運(yùn)動(dòng)的結(jié)果物顯著影響，波浪對(duì)結(jié)構(gòu)物的影響主要是粘滯效應(yīng)和附加質(zhì)量效應(yīng)，可以近似使用 Morison 公式進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　2.2

43、 基本假設(shè)和基本坐標(biāo)系</p><p>　　為了簡(jiǎn)化問(wèn)題，作如下假設(shè)：</p><p>　?、俨髀?lián)合作用場(chǎng)中流體為均勻、無(wú)粘性、不可壓的理想流體，波流場(chǎng)中流體運(yùn)</p><p><b>　　動(dòng)無(wú)旋即有勢(shì)。</b></p><p>　?、谌肷洳ú捎镁€性微幅波理論，其入射方向與水平坐標(biāo)軸正向有一夾角。</p>

44、<p>　　③假設(shè)構(gòu)成船舶主體的部件均為大尺度，因而相應(yīng)的波浪荷載可采用繞射理論</p><p><b>　?。▌?shì)流理論）計(jì)算。</b></p><p>　?、芸紤]船舶全部 6 個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)模態(tài)，分別為縱蕩、橫蕩、垂蕩、橫搖、縱搖、首搖。并規(guī)定，平動(dòng)模態(tài)以沿相應(yīng)坐標(biāo)軸正向運(yùn)動(dòng)為正，轉(zhuǎn)動(dòng)模態(tài)以坐標(biāo)軸為轉(zhuǎn)動(dòng)軸，正負(fù)規(guī)定滿足右手準(zhǔn)則。同時(shí)假設(shè)其周期性搖蕩運(yùn)動(dòng)相

45、對(duì)于平臺(tái)平衡位置為小振幅運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　2.3 Morison 方程</p><p>　　要計(jì)算作用在細(xì)長(zhǎng)剛體上的波浪力，最常規(guī)的方法是假定總波浪力可表示成阻力和慣性力之和，阻力項(xiàng)作為速度的函數(shù)，于是</p><p>　　F總=F阻+F慣 (2.1)</p&

46、gt;<p>　　其中F阻=ρCDA|u|u (2.2)</p><p>　　F慣=ρCMVu （2.3）</p><p>　　式中 A— 物體的投影面積</p><p><b>　　V—物體的體積</b></p&

47、gt;<p><b>　　ρ—物體密度</b></p><p><b>　　u—流體速度</b></p><p><b>　　u—流體加速度</b></p><p><b>　　CD—阻力系數(shù)</b></p><p>　　CM—慣性系數(shù)（質(zhì)量

48、系數(shù)）</p><p>　　這種假設(shè)是油 Morison 等人 1950 年引入的，所以通常稱為 Morison 方程。(2.3)式可以用更為準(zhǔn)確的形式表示為</p><p>　　dF=ρCDD|u|uds+ρCMAuds (2.4)</p><p>　　F= df

49、 (2.5) </p><p>　　其中，dF 為作用在增量長(zhǎng)度ds上的總力，ζ 為瞬時(shí)水面高，D 為物體的剖面寬或直徑。</p><p>　　Morison 方程在形式上是相當(dāng)簡(jiǎn)單的，但要正確使用其來(lái)計(jì)算波浪力，卻又是相當(dāng)困難的，因?yàn)槠渲须[含了大量的假設(shè)。這些假定大致可綜合為三點(diǎn)：</p><p>　　(1)水質(zhì)點(diǎn)瞬時(shí)速度和加速度必須根據(jù)某種波浪理論求出，例

50、如線性波浪理論、</p><p>　　Stokes 波理論、孤立波理論等等，并且假定波浪特征不受結(jié)構(gòu)存在的影響。這樣，顯然要對(duì)所討論的物體的大小尺寸加以限制，一般認(rèn)為D/λ≤0.2其中λ為波長(zhǎng)，而波長(zhǎng)的確定以來(lái)波浪理論的選擇及相應(yīng)波浪參數(shù)的確定。</p><p>　　(2)CD和CM兩個(gè)參數(shù)必須根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)確定，因?yàn)樽枇Ψ至烤褪嵌ǔＡ?lt;/p><p>　　中物

51、體受力的測(cè)量，所以，阻力系數(shù)可以通過(guò)測(cè)量定常流中作用在物體上的力來(lái)確定。通?？勺瞿Ｐ驮囼?yàn)或是實(shí)體實(shí)驗(yàn)得到。問(wèn)題是物體的正確特征難以確定。因?yàn)樽枇ο禂?shù)依賴于 Reynold 數(shù)， 同時(shí)還依賴于模型或是表面的粗糙度。因此，所得的阻力系數(shù)實(shí)際上表征了受測(cè)體的某種平均性質(zhì)。然而，所得的結(jié)果卻往往要用于波浪中每一點(diǎn)的計(jì)算，這就不可避免的要引入不定因素。</p><p>　　對(duì)非常規(guī)的結(jié)構(gòu)形狀和構(gòu)件，要確定使用的CD和CM

52、值，需要做大量的試驗(yàn)和分析。</p><p>　　因?yàn)橘|(zhì)點(diǎn)的速度和加速度依賴于所采用的波浪理論，據(jù)此導(dǎo)出的CD和CM值僅對(duì)所選的波浪理論才是嚴(yán)格正確的，而對(duì)不同的波浪理論可能有顯著的改變。</p><p>　　(3) 標(biāo)準(zhǔn) Morison 方程假定受力結(jié)構(gòu)是剛性的。如果結(jié)構(gòu)具有動(dòng)力響應(yīng)或者是漂浮體的一部分，其所引起的運(yùn)動(dòng)與水質(zhì)點(diǎn)速度和加速度相較可能是重要的，這是有必要使用下面的動(dòng)力形式：

53、</p><p>　　dF=ρCDD|u-ub|·（u-ub）ds+ρCMA(u-ub)ds+(ρAds-M)ub (2.6)</p><p>　　式中 ub—結(jié)構(gòu)元件增量元段的運(yùn)動(dòng)速度</p><p><b>　　ub—相應(yīng)的加速度</b></p><p>&l

54、t;b>　　M—元段的質(zhì)量</b></p><p>　　如果物體是漂浮的（此時(shí)排水體積的重量等于物體質(zhì)量），或者其加速度為零，則(2.6)式的最后一項(xiàng)為零，速度和加速度只需矢量相加，并且采用 Morison 方程的標(biāo)注形式即可。 如果只考慮漂浮體的一部分，這時(shí)增量元段所排水重量并不等于其質(zhì)量，仍要用(2.6)式。</p><p><b>　　2.4三維勢(shì)流理論&

55、lt;/b></p><p>　　在船舶的設(shè)計(jì)中，往往采用繞射理論和 Morison 方程結(jié)合起來(lái)的方法，以計(jì)算作用在平臺(tái)的波浪力。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)排水體積較大的物體采用繞射理論進(jìn)行處，而對(duì)于直徑較小的部件，可采用 Morison 方程。</p><p>　　對(duì)于形狀任意的大型結(jié)構(gòu)，一般難以得到解析解，因此常常使用數(shù)值計(jì)算的方法。目前流行的數(shù)值計(jì)算方法有有限元法和有限基本基本解方法兩種，

56、有限基本解方法通常又稱為 Green 函數(shù)方法。</p><p>　　2.5繞射理論的特點(diǎn)</p><p>　　繞射理論是在理想的、不可壓縮、無(wú)旋的假定下建立起來(lái)的，并且利用線化自由表面條件求得的線性解。因此，繞射理論面臨著兩個(gè)基本限制：</p><p>　?。?）忽略粘性所引起的影響；</p><p>　?。?）假定小幅運(yùn)動(dòng)而使自由表面條件

57、線性化所產(chǎn)生的影響。</p><p>　　考慮小幅運(yùn)動(dòng)假定的影響。Raman 和 Venkatanarasaih 針對(duì)波浪與固定結(jié)構(gòu)相互作用的問(wèn)題，把繞射理論推廣到二階，從而得到線性化的自由表面條件影響的一些結(jié)果。結(jié)果表明，只有在淺水大振幅波時(shí)，非線性影響才變得重要起來(lái)。在計(jì)算淺水浮箱類固定結(jié)構(gòu)物的波浪作用力時(shí)，非線性繞射理論將明顯地得出較大值。而對(duì)大多數(shù)處于較深水域的結(jié)構(gòu)物時(shí)，非線性自由表面的影響一般可以略去。

58、其次，略去粘性對(duì)繞射理論的影響問(wèn)題。在高 Reynold 數(shù)條件下，粘性影響主要集中在流域的邊界層內(nèi)。邊界層的發(fā)展會(huì)引起流動(dòng)分離，從而形成尾跡區(qū)。進(jìn)而使局部壓力，以及作用在物體上的力與根據(jù)無(wú)粘性假設(shè)下的計(jì)算結(jié)果不同。因此，必須考慮控制流動(dòng)分離和尾渦發(fā)展的參數(shù)，以及略去粘性后的繞射理論的限制。要從理論上解決這一問(wèn)題相當(dāng)困難。目前主要通過(guò)測(cè)量流過(guò)結(jié)構(gòu)物的振蕩流產(chǎn)生的作用力，得到試驗(yàn)結(jié)果以給出近似的答案。</p><p&g

59、t;<b>　　2.6控制方程</b></p><p>　　假定流體是不可壓縮、無(wú)粘的且流動(dòng)是無(wú)旋的，流體速度υ 可以通過(guò)一個(gè)標(biāo)量的速度勢(shì)函數(shù)φ 表示υ=▽?duì)?。根?jù)連續(xù)方程可知，速度勢(shì)函數(shù)φ在流體域內(nèi)滿足拉普拉斯方程：</p><p><b>　?。?.16）</b></p><p>　　速度勢(shì)在邊界上應(yīng)滿足邊界條件<

60、;/p><p>　　(1) 物面邊界條件</p><p>　　在海底和物體表面上滿足不可穿透邊界條件：</p><p><b>　?。?.17）</b></p><p>　　其中為物體表面的法向速度，對(duì)海底和固定物體表面 Un=0</p><p>　　(2) 自由表面邊界條件</p>&

61、lt;p>　　用函數(shù)η 表示自由表面高度，z=η(x,y，t)，則自由表面邊界條件： （2.18）</p><p>　?。?.19） </p><p>　　式(2.18)為自由表面運(yùn)動(dòng)學(xué)邊界條件，即波面上的水質(zhì)點(diǎn)始終保持在波面上

62、式（19）為自由表面動(dòng)力學(xué)邊界條件，即波面上的水質(zhì)點(diǎn)的壓力等于大氣壓力。由式（2.18）和式（2.19）消去η，可得到必在自由面 y=η(x,z,t)，上必須滿足的統(tǒng)一的自由面條件為：</p><p><b>　?。?.20）</b></p><p>　　這一自由面條件是非線性的，盡管拉普拉斯方程本身是線性的。要求解方程，</p><p>　　

63、需要將自由表面條件線性化。</p><p>　　(3) 輻射邊界條件</p><p>　　為了保證方程解具有物理意義，還必須在距離物體足夠遠(yuǎn)的地方引入恰當(dāng)?shù)妮?lt;/p><p>　　射（遠(yuǎn)場(chǎng)）邊界條件。即保證無(wú)限遠(yuǎn)處有波外傳。</p><p><b>　　(4) 初始條件</b></p><p>　

64、　在不定常力學(xué)問(wèn)題中，只有當(dāng)時(shí)間二的初始條件給定后，某個(gè)特定的運(yùn)動(dòng)才是確定的。初始條件規(guī)定了系統(tǒng)中所有質(zhì)點(diǎn)的初始位置和速度。對(duì)于拉普拉斯方程只需給出邊界上的初始條件即可。</p><p><b>　　2.7邊界元法</b></p><p>　　勢(shì)流理論數(shù)值解法分為區(qū)域型和邊界型兩大類。區(qū)域型數(shù)值解法主要是有限元法和有限差分法。邊界型數(shù)值解法主要是邊界元法（Bounda

65、ry Element Method，簡(jiǎn)寫(xiě)為（BEM）。采用邊界元法求解時(shí)，根據(jù)積分定理，將區(qū)域內(nèi)的微分方程變換成邊界上的積分方程。然后，將邊界分割成有限大小的邊界元素，成為邊界單元，把邊界積分方程離散成代數(shù)方程。同樣，把求解微分方程的問(wèn)題變換成求解關(guān)于節(jié)點(diǎn)未知量的代數(shù)方程的問(wèn)題。三維拉普拉斯方程大多數(shù)情況下只能得到數(shù)值解，其解析解只是在少數(shù)簡(jiǎn)單的情況下可以得到，對(duì)于絕大多數(shù)的一般情況，由于計(jì)算域的邊界是不規(guī)則的，要想獲得解析解是不可能的

66、，必須采用數(shù)值的方法求解對(duì)于計(jì)算域很大的波浪問(wèn)題，邊界元方法比有限元，限差分等其他方法有較大的優(yōu)勢(shì)。邊界元方法只需要在邊界上劃分網(wǎng)格，這樣可以降低求解問(wèn)題的維數(shù)，計(jì)算的強(qiáng)度較小并且精度較高。</p><p>　　根據(jù)格林第三定理，如果有函數(shù)在流體域內(nèi)滿足條件：</p><p><b>　?。?.21）</b></p><p>　　其中， p (

67、x,y,z)為任一場(chǎng)點(diǎn)，q(x,y,z)為任一源點(diǎn),δ 為 Delta 函數(shù)。則對(duì)流場(chǎng)中的速度勢(shì)有如下的積分方程：</p><p><b>　　(2.22)</b></p><p>　　式中，SF為瞬間自由表面，SB為瞬間物體濕表面，SD為海地表面，S∞為無(wú)窮遠(yuǎn)處邊界，C為固角系數(shù)，其取值分別</p><p><b>　　（2.23）

68、</b></p><p>　　令,當(dāng)p和q都位于流體邊界S上，可以得到關(guān)于速度勢(shì)φ的積分方程</p><p><b>　　（2.24）</b></p><p>　　根據(jù)給定的邊界條件，可以求解此積分方程，得到邊界上的速度勢(shì)。根據(jù)式</p><p>　?。?.24）即可得到流場(chǎng)中任一位置的速度勢(shì)。滿足條件的函數(shù)

69、稱為格林函數(shù)。最簡(jiǎn)單的格林函數(shù)為1/r(p,q)的，成為 Rankine源格林函數(shù)。通常使用的格林函數(shù)的形式都可以表示成 Rankine 源格林函數(shù)加上一個(gè)在計(jì)算域內(nèi)處處調(diào)和的函數(shù)</p><p><b>　　（2.25）</b></p><p>　　通過(guò)選擇合適的G* ，可以使 G滿足各種邊界條件如自由表面邊界條件、海底邊</p><p>　

70、　界條件和無(wú)限遠(yuǎn)輻射邊界條件，這樣方程 2.9 中的積分可以只在物體表面計(jì)算。計(jì)算流場(chǎng)中速度勢(shì)的式 2.7 中同時(shí)使用了格林函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)G/n，即在邊界上同時(shí)布置源匯和偶極。通過(guò)在流域外虛擬一個(gè)流場(chǎng)的方法，可以使用分布源匯或偶極來(lái)計(jì)算流場(chǎng)中的速度式，以分布源匯為例，可得公式如下</p><p><b>　　（2.26）</b></p><p>　　其中σ為邊界上分布源

71、的強(qiáng)度。對(duì)式（2.26）在邊界法向求導(dǎo)可得</p><p><b>　?。?.27）</b></p><p>　　根據(jù)各表面上的邊界條件，在邊界上給定速度式后速度式的導(dǎo)數(shù)，則可根據(jù)方程（2.26）和（2.27）計(jì)算得到分布的強(qiáng)度σ。方程（2.24）、（2.26）、（2.27）可以通過(guò)將邊界面劃分為有限個(gè)數(shù)的單元離散化，然后進(jìn)行數(shù)值求解，根據(jù)離散方法的不同，可以得到不同

72、的邊界元計(jì)算方法。</p><p>　　第三章 浮船塢模型建立、計(jì)算</p><p><b>　　3.1參數(shù)資料</b></p><p><b>　　浮船塢主尺度</b></p><p><b>　　計(jì)算裝載狀態(tài)：</b></p><p>　　壓載出港

73、 2.壓載到港 3. 滿載出港 4.滿載到港 5.最大作業(yè)吃水</p><p>　　3.2浮船塢模型建立</p><p>　　對(duì)照CAD中浮船塢總布置圖，利用Patran軟件建立浮船塢的模型，并劃分好網(wǎng)格，然后將模型導(dǎo)入HydroD中，得到浮船塢的panel模型，如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 浮船塢panel模型</p><p&

74、gt;　　首先建立一個(gè)New Location，然后在GenerlModeling下Environment中新建一個(gè)Direction，最大角度為180°間隔15°，如圖3.2，3.3所示。</p><p>　　圖3.2 建立波浪入射角</p><p>　　圖3.3 建立波浪入射角</p><p>　　在water下建立波浪頻率，初始為0,05

75、最終為2 間隔為0.05，如圖3.4所示</p><p>　　圖3.4 建立波浪頻率</p><p>　　定義好環(huán)境之后，在HydroD Model中建立一個(gè)模型，選擇Floating，如圖3.5</p><p>　　圖3.5 浮動(dòng)模型建立</p><p>　　然后導(dǎo)入濕表面模型，如圖3.6</p><p>　　圖3.

76、6 導(dǎo)入濕表面模型</p><p>　　之后在LoadCrossSection中建立25個(gè)橫截面，將濕表面模型劃分成24段，如圖3.7,3.8</p><p>　　圖3.7 建立一個(gè)橫截面</p><p>　　圖3.8 建立25個(gè)橫截面之后效果圖</p><p>　　在LoadingCondition中建立工況，導(dǎo)入重量模型，如圖3.9,3.

77、10所示</p><p><b>　　圖3.9 定義工況</b></p><p>　　圖3.10 定義工況</p><p>　　得到重量模型如圖3.11</p><p>　　圖 3.11重量模型效果圖</p><p>　　在WadamAnalysis中，導(dǎo)入環(huán)境、工況、模型、建立計(jì)算，Charac

78、teristic改為船長(zhǎng)，如圖3.12</p><p>　　圖 3.12定義計(jì)算參數(shù)</p><p>　　選擇Activity Monitor，點(diǎn)Start開(kāi)始計(jì)算，如圖3.13所示</p><p>　　圖3.13 計(jì)算界面</p><p>　　然后點(diǎn)Start Postresp，自動(dòng)打開(kāi)窗口如圖3.14</p><p&g

79、t;　　圖3.14 計(jì)算完成后打開(kāi)界面</p><p>　　導(dǎo)入POSTRESP.JNL文件，在對(duì)應(yīng)文件夾下生成一個(gè)EXCEL文件，進(jìn)行下一步計(jì)算。</p><p>　　第四章 數(shù)據(jù)結(jié)果分析</p><p>　　4.1波浪入射角對(duì)波浪載荷的影響</p><p>　　4.1.1波浪入射角對(duì)波浪誘導(dǎo)垂向剪力的影響</p><p

80、>　　圖4.1至圖4.5為最大吃水、壓載出港、壓載到港、滿載出港和滿載到港五種工況下不同波浪入射角對(duì)浮船塢波浪誘導(dǎo)垂向剪力的影響。</p><p>　　圖4.1 最大吃水工況下剪力沿船長(zhǎng)分布</p><p>　　圖4.2 壓載出港工況下剪力沿船長(zhǎng)分布</p><p>　　圖4.3 壓載到港工況下剪力沿船長(zhǎng)分布</p><p>　　圖4.

81、4 滿載出港工況下剪力沿船長(zhǎng)分布</p><p>　　圖4.5 滿載到港工況下剪力沿船長(zhǎng)分布</p><p>　　從以上五張不同工況下波浪剪力圖中可以看出，在任何工況下，波浪入射角為90°時(shí)波浪剪力都是最小的，0°與180°波浪入射角時(shí)波浪剪力較大。而在同一波浪入射角下，船中處波浪剪力最小，在離船首與船尾1/4船長(zhǎng)處波浪剪力最大。</p><

82、;p>　　4.1.2波浪入射角對(duì)波浪誘導(dǎo)垂向彎矩的影響</p><p>　　圖4.6至圖4.10為最大吃水、壓載出港、壓載到港、滿載出港和滿載到港五種工況下不同波浪入射角對(duì)浮船塢波浪誘導(dǎo)垂向彎矩的影響。</p><p>　　圖4.6 最大吃水工況下彎矩沿船長(zhǎng)分布</p><p>　　圖4.7 壓載出港工況下彎矩沿船長(zhǎng)分布</p><p>

83、;　　圖4.8 壓載到港工況下彎矩沿船長(zhǎng)分布</p><p>　　圖4.9 滿載出港工況下彎矩沿船長(zhǎng)分布</p><p>　　圖4.10 滿載到港工況下彎矩沿船長(zhǎng)分布</p><p>　　從以上五張不同工況下波浪彎矩圖中可以看出，在最大吃水工況下，在離船首船尾約1/4船長(zhǎng)處出現(xiàn)最大彎矩，在其他四種工況下，船中處出現(xiàn)最大彎矩值。波浪入射角為90°時(shí)彎矩最小，

84、0°與180°時(shí)出現(xiàn)彎矩最大值。</p><p>　　4.1.3波浪入射角對(duì)波浪誘導(dǎo)扭矩的影響</p><p>　　圖4.11至圖4.15為最大吃水、壓載出港、壓載到港、滿載出港和滿載到港五種工況下不同波浪入射角對(duì)浮船塢波浪誘導(dǎo)垂向彎矩的影響。</p><p>　　圖4.11 最大吃水工況下扭矩沿船長(zhǎng)分布</p><p>

85、　　圖4.12 壓載出港工況下扭矩沿船長(zhǎng)分布</p><p>　　圖4.13 壓載到港工況下扭矩沿船長(zhǎng)分布</p><p>　　圖4.14 滿載出港工況下扭矩沿船長(zhǎng)分布</p><p>　　圖4.15 滿載到港工況下扭矩沿船長(zhǎng)分布</p><p>　　從以上五張不同工況下波浪扭矩圖中可以看出，在任何工況下，船中處出現(xiàn)波浪扭矩最大值。在最大吃水

86、工況下，波浪入射角為90°時(shí)波浪扭矩最大，0°與180°時(shí)最小。其他工況下波浪入射角對(duì)波浪扭矩影響不大。</p><p>　　4.2裝載狀態(tài)對(duì)波浪載荷的影響</p><p>　　4.2.1裝載狀態(tài)對(duì)波浪誘導(dǎo)垂向剪力的影響</p><p>　　圖4.16至圖4.22分別為波浪入射角為0°，30°，60°，90

87、°，120°，150°，180°情況下的波浪垂向剪力。本船為52m浮船塢，計(jì)算最大吃水、壓載出港、壓載到港、滿載出港、滿載到港五個(gè)工況不同波浪入射角下的各垂向波浪剪力。</p><p>　　圖4.16 波浪入射角0°時(shí)垂向波浪剪力沿船長(zhǎng)分布</p><p>　　圖4.17 波浪入射角30°時(shí)垂向波浪剪力沿船長(zhǎng)分布</p>

88、;<p>　　圖4.18 波浪入射角60°時(shí)垂向波浪剪力沿船長(zhǎng)分布</p><p>　　圖4.19 波浪入射角90°時(shí)垂向波浪剪力沿船長(zhǎng)分布</p><p>　　圖4.20 波浪入射角120°時(shí)垂向波浪剪力沿船長(zhǎng)分布</p><p>　　圖4.21 波浪入射角150°時(shí)垂向波浪剪力沿船長(zhǎng)分布</p>

89、<p>　　圖4.22 波浪入射角180°時(shí)垂向波浪剪力沿船長(zhǎng)分布</p><p>　　從以上七張波浪剪力圖中可以看出，在離船首和船尾約1/4船長(zhǎng)處會(huì)出現(xiàn)波浪剪力最大值，在波浪入射角為0°與180°時(shí)，船中剖面受到的波浪剪力最大，在入射角為90°時(shí)，船中剖面受到的波浪剪力最小。</p><p>　　4.2.2裝載狀態(tài)對(duì)波浪誘導(dǎo)垂向彎矩的影

90、響</p><p>　　圖4.23至圖4.29分別為波浪入射角為0°，30°，60°，90°，120°，150°，180°情況下的波浪垂向彎矩。本船為52m浮船塢，計(jì)算最大吃水、壓載出港、壓載到港、滿載出港、滿載到港五個(gè)工況不同波浪入射角下的各垂向波浪彎矩。</p><p>　　圖4.23 波浪入射角0°時(shí)垂向

91、波浪彎矩沿船長(zhǎng)分布</p><p>　　圖4.24 波浪入射角30°時(shí)垂向波浪彎矩沿船長(zhǎng)分布圖4.25 波浪入射角60°時(shí)垂向波浪彎矩沿船長(zhǎng)分布</p><p>　　圖4.26 波浪入射角90°時(shí)垂向波浪彎矩沿船長(zhǎng)分布圖4.27 波浪入射角120°時(shí)垂向波浪彎矩沿船長(zhǎng)分布</p><p>　　圖4.28 波浪入射角150

92、76;時(shí)垂向波浪彎矩沿船長(zhǎng)分布圖4.29 波浪入射角180°時(shí)垂向波浪彎矩沿船長(zhǎng)分布</p><p>　　由以上七張垂向波浪彎矩圖可以看出，在壓載出港、壓載到港、滿載出港、滿載到港四個(gè)工況下，在船中處波浪垂向彎矩出現(xiàn)最大值，在最大吃水工況下，離船中約1/5船長(zhǎng)處波浪垂向彎矩出現(xiàn)最大值。波浪入射角為0°與180°時(shí)，垂向波浪彎矩較大，入射角為90°時(shí)，垂向波浪彎矩較小。<

93、;/p><p>　　4.2.3裝載狀態(tài)對(duì)波浪誘導(dǎo)扭矩的影響</p><p>　　圖4.30至圖4.36分別為波浪入射角為0°，30°，60°，90°，120°，150°，180°情況下的波浪扭矩。本船為52m浮船塢，計(jì)算最大吃水、壓載出港、壓載到港、滿載出港、滿載到港五個(gè)工況不同波浪入射角下的各波浪扭矩。</p>

94、<p>　　圖4.30 波浪入射角0°時(shí)波浪扭矩沿船長(zhǎng)分布</p><p>　　圖4.31 波浪入射角30°時(shí)波浪扭矩沿船長(zhǎng)分布圖4.32 波浪入射角60°時(shí)波浪扭矩沿船長(zhǎng)分布</p><p>　　圖4.33 波浪入射角90°時(shí)波浪扭矩沿船長(zhǎng)分布圖4.34 波浪入射角120°時(shí)波浪扭矩沿船長(zhǎng)分布</p><

95、p>　　圖4.35 波浪入射角150°時(shí)波浪扭矩沿船長(zhǎng)分布圖4.36 波浪入射角180°時(shí)波浪扭矩沿船長(zhǎng)分布</p><p>　　由以上七張波浪扭矩圖中可以看出，波浪扭矩在船中處出現(xiàn)最大值，吃水越大，波浪扭矩就越小。在波浪入射角為90°時(shí)，出現(xiàn)波浪扭矩最大值，在0°與180°時(shí)波浪扭矩較小。在吃水小的時(shí)候，波浪扭矩大。因此，在波浪入射角為90°時(shí)，

96、應(yīng)該特別注意波浪扭矩對(duì)船體，特別是船中的影響，降低因?yàn)椴ɡ伺ぞ囟l(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　此次設(shè)計(jì)以浮船塢為研究對(duì)象，利用Patran軟件進(jìn)行建模，然后利用SESAM軟件進(jìn)行分析計(jì)算，得出了五種工況，0°、30°、60°、90°、120°、150°、180

97、°波浪入射角下浮船塢25個(gè)剖面的波浪剪力、垂向彎矩以及扭矩。本研究根據(jù)實(shí)際情況確定了全船有限元計(jì)算的邊界條件，同時(shí)應(yīng)用挪威船級(jí)社(DNV)的SESAM軟件系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)據(jù)提取進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，繪制出曲線圖來(lái)對(duì)比不同入射角情況下的波浪載荷預(yù)報(bào)。這對(duì)浮船塢的波浪預(yù)報(bào)有一定的意義。</p><p>　　通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我學(xué)習(xí)了Patran與SESAM兩個(gè)軟件的基本操作方法，了解了三維勢(shì)流理論、Morison方程，加深

98、了對(duì)波浪理論的認(rèn)知。特別是SESAM這一個(gè)軟件的學(xué)習(xí)，讓我受益匪淺。總的來(lái)說(shuō)，完成了設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求。</p><p><b>　　[參考文獻(xiàn)]</b></p><p>　　[1] 施峰，半潛式海洋平臺(tái)水動(dòng)力性能初步研究，江蘇科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009</p><p>　　[2] 羅秋民，超大型礦砂船全船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算及內(nèi)部貨物載荷分布研究，

99、上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010</p><p>　　[3] 王丹， В.Н.特里亞斯金， Ю.А.斯米爾諾夫，基于俄羅斯浮船塢規(guī)范的浮船塢改造第四屆全國(guó)船舶與海洋工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，2006</p><p>　　[4] 徐林志，諶偉，3500t級(jí)浮船塢結(jié)構(gòu)有限元結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算，交通科技2011年 05期</p><p>　　[5] 趙耕賢，大型浮船塢的船體設(shè)計(jì)船舶

100、, Ship & Boat, 2007年 05期</p><p>　　[6] 吳小平，基于切片理論的波浪載荷直接計(jì)算，上海造船, Shanghai Shipbuilding, 2010年 04期</p><p>　　[7] 李衛(wèi)華，黃曉東，鄭莎莎，唐淼，王延珍，有限元方法在30萬(wàn)噸級(jí)超大型浮船塢設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，船舶設(shè)計(jì)通訊, Journal of Ship Design, 2010年

101、S1期</p><p>　　[8]張海彬，F(xiàn)PSO儲(chǔ)油輪與半潛式平臺(tái)波浪載荷三維計(jì)算方法研究[D]，哈爾濱工程大學(xué)博士學(xué)位論文，2004.</p><p>　　[9]姜宗玉， 船舶在波浪上線性運(yùn)動(dòng)的三維頻域計(jì)算技術(shù)研究[D]，大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2004.</p><p>　　[10]秦洪德，船舶運(yùn)動(dòng)與波浪載荷計(jì)算的非線性方法研究[D]，哈爾濱工程大學(xué)博士學(xué)位

102、論文，2003.</p><p>　　[11]楊楠， 船舶運(yùn)動(dòng)的理論預(yù)報(bào)與研究[D]，大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2005.</p><p>　　[12]李兢， 船舶在海浪中的運(yùn)動(dòng)與載荷的仿真研究[D]，哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文，2002.</p><p>　　[13]徐偉，三體船波浪誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)及載荷的數(shù)值預(yù)報(bào)研究[D]，上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008.</

103、p><p>　　[14] Wfrank,1967 Oscilla tion of Cylinders in or Below the Free Surface of Deep Fluids. NSRDC， Washington,D,C,Report 2375.</p><p>　　[15] 1990,Advance Methods for Ship Motion and Wave Load P

104、rediction,Ship Strcture Committee U.S Coast Guard Report SSC-333</p><p>　　[16] Salvesen N,Tuck E 0 and Odd Faltinsen.Ship Motion and Sea Loads. </p><p>　　[17] PERUNOVIC J V,JENSEN J.Wave loads o

105、n shipssailing in restrictedwaterdepth[J].Marine Structures,2003, 16(6):469-485.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本文是在李老師的悉心指導(dǎo)下完成的，從論文選題、課題研究到論文寫(xiě)作，指導(dǎo)老師都傾注了大量的心血。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，老師教導(dǎo)我掌握了Patran軟件與S

106、ESAM軟件的操作方法，并讓我學(xué)習(xí)到了很多專業(yè)的知識(shí)，了解到了世界上較先進(jìn)的研究方法。</p><p>　　謝謝我的導(dǎo)師及同學(xué)不厭其煩的教了我很多學(xué)習(xí)軟件、解決問(wèn)題的方法，并給我提供了大量的專業(yè)資料和文獻(xiàn)。還要感謝學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)，正式因?yàn)橛辛怂麄兊木陌才沤M織以及給與我們各種條件的支持和理解才使得整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)工作按部就班順利的進(jìn)行。謝謝！</p><p>　　附錄

107、波浪入射角0°時(shí)波浪剪力（KN）</p><p>　　波浪入射角30°時(shí)波浪剪力（KN）</p><p>　　波浪入射角60°時(shí)波浪剪力（KN）</p><p>　　波浪入射角90°時(shí)波浪剪力（KN）</p><p>　　波浪入射角120°時(shí)波浪剪力（KN）</p><p&

108、gt;　　波浪入射角150°時(shí)波浪剪力（KN）</p><p>　　波浪入射角180°時(shí)波浪剪力（KN）</p><p>　　波浪入射角0°時(shí)波浪彎矩（KN*m）</p><p>　　波浪入射角30°時(shí)波浪彎矩（KN*m）</p><p>　　波浪入射角60°時(shí)波浪彎矩（KN*m）</p

109、><p>　　波浪入射角90°時(shí)波浪彎矩（KN*m）</p><p>　　波浪入射角120°時(shí)波浪彎矩（KN*m）</p><p>　　波浪入射角150°時(shí)波浪彎矩（KN*m）</p><p>　　波浪入射角180°時(shí)波浪彎矩（KN*m）</p><p>　　波浪入射角0°

110、時(shí)波浪扭矩（KN*m）</p><p>　　波浪入射角30°時(shí)波浪扭矩（KN*m）</p><p>　　波浪入射角60°時(shí)波浪扭矩（KN*m）</p><p>　　波浪入射角90°時(shí)波浪扭矩（KN*m）</p><p>　　波浪入射角120°時(shí)波浪扭矩（KN*m）</p><p>