环境载荷和锚泊系统研究现状_毕业论文

毕业论文移动版

毕业论文 > 研究现状 >

环境载荷和锚泊系统研究现状

锚地系泊设计是船舶运营过程中的一个重要环节。从上世界五十年代开始,已经有学者对锚泊系统以及影响锚泊的各种因素展开了研究。六十年代开始,锚泊设计受到重视,国内外众多学者对船舶锚泊运动响应做了大量深入的的研究分析。

1、海洋环境载荷理论研究现状95146

众所周知,海洋环境载荷多种多样,其中最主要的包括波浪载荷、风载荷以及流载荷等。1947年,在WeinblumandSt。Denis[1]进行实验理论研究得出了重大结论,同时也在海洋环境载荷理论方向取得了重大突破。此后,St。DenisandPierson[2]在船舶工程领域运用频谱分析法,经过多次实验和理论结合分析取得研究成果:不仅加速了对规则波中的运动理论研究,并且同时能大致掌握不规则波的运动规律,甚至能提前预报波浪载荷。目前,有两种方法能运用到预报波浪载荷的工作中,其一是在时域方向的基于线性切片理论发展而来的,其二则是在对应的频域方向由三维理论发展而来的。

2、锚泊系统国外研究现状[3]

国外学者对于锚泊系统的研究开始得较早且技术早已成熟,取得显著的科研成果。

1939年,美国学者是锚泊系统研究的“开创鼻祖”,在美海军需要军事演习、强大海军力量的要求下从理论上研究了在不同频率、振幅的波浪作用下单点水下系泊时缆绳张力的变化情况[4]。

Hebert根据悬链线理论推导出在静力作用下单根锚链发生水平、垂直位移时锚链张力和位移之间的变化关系[5]。基于锚链伸长事实基础上,他们还分别按线性和非线性推导了两组计算变形的公式,其一是总结实验结果而得出的经验公式,其二是三维空间力系分析方法,这两种方法同时也能运用到多锚链的经理分析上。

日本长尾义三等在实验水池里进行定速牵引试验,通过水平拖曳模型锚,在锚被拖动的实验中得出了拖锚距离与锚自转角的关系[6]:锚的运动大致是以以锚干为轴转动,转动至30°时抓力达到最大值,但转动角大致到45°时,抓力以急剧减小。因此我们可以通过计算在一定时间内锚的移动量,以此计算走锚发生概率的方法,来预测在强风下走锚的可能性,从而能有依据地评价锚泊是否安全作业。

Per。I。Johansson建立锚泊系统的有限元模型,并分析其运动响应特性。这次他建立的是非线性模型,不仅考虑到锚泊系统与阻尼有关的速度、锚链张力的突变,而且还考虑到了锚泊系统偏离其平衡位置而产生的各个自由度上的位移[7]。Per。I。Johansson在Newmark的基础上,创造性的提出用求解藕合运动方程的数值积分的方法进行实验数值计算[8],这又开辟了计算锚泊模拟数值的新纪元。

AnsariandKhan的研究主要针对于锚泊线动力对船舶的影响作用上,他们用集中质量法建立了缆绳的数字模型,并假定两者之间为无质量的、不可延伸的弹性连接[9]。在计算船舶的运动时,主要从船舶纵荡、横荡和艏摇运动这三个对锚泊力起着至关重要作用的方面考虑[10],并依次建立了相应的运动方程,结果与假设一致,只有船舶在纵荡、横荡和艏摇这三个自由度上产生相应位移时才对锚泊产生较大影响,其他自由度的影响可忽略不予考虑。

KwanandBruen通过大量模拟数据和实验理论的分析,把能解决锚泊系统动力问题的频域法、时域法和准静定法这三种方法进行了对比[11],总结出各个方法的优缺点:频域法的计算方法虽然简单,但具有局限性,仅仅可以计算线性问题或弱非线性问题,而对于强非线性问题分析方面束手无策;时域法应用范围比频域法广泛,它可以计算所有的锚泊系统的动力问题;准静定法的计算准确度较低,且与其他两种方法相比没有显著优势。 (责任编辑:qin)