本文關(guān)鍵詞：迎浪航行時船舶垂蕩縱搖運動建模與仿真

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【摘要】：船舶垂蕩和縱搖運動是耐波性研究的重要內(nèi)容,高精度、實時解算的船舶垂蕩和縱搖運動數(shù)學(xué)模型是挪威船級社對航海模擬器行為真實感的要求之一。本文應(yīng)用普通切片理論對船舶在迎浪規(guī)則波中的垂蕩和縱搖運動進(jìn)行研究,構(gòu)建船舶垂蕩和縱搖運動數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行數(shù)值解算和實時可視化仿真。主要包括以下幾個方面的工作：1.利用普通切片理論建立迎浪規(guī)則波中船舶運動數(shù)學(xué)模型。根據(jù)流體力學(xué)的原理,分析船舶在迎浪規(guī)則波中做垂蕩和縱搖耦合運動時的受力情況,得到船舶垂蕩和縱搖運動模型,并給出了求解模型中各項系數(shù)的公式。2.利用田才圖譜獲得整個船體的水動力系數(shù)和波浪擾動力。首先根據(jù)船舶無因次水動力質(zhì)量和無窮遠(yuǎn)處波幅與切片附近振蕩幅值比,計算船舶各站面的水動力系數(shù)和波浪擾動力,再結(jié)合辛普生積分法對求得的各站面附加轉(zhuǎn)動慣量、附加質(zhì)量、阻尼系數(shù)和波浪擾動力等進(jìn)行數(shù)值積分,從而得到整個船體的水動力系數(shù)和波浪擾動力。3.根據(jù)S-175標(biāo)準(zhǔn)集裝箱船的試驗數(shù)據(jù)驗證船舶垂蕩和縱搖運動數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性。以Visual Studio 2010為開發(fā)工具,編寫求解附加質(zhì)量、阻尼系數(shù)和波浪擾動力的C++程序,并利用四階Runge-Kutta法設(shè)計對所構(gòu)建的垂蕩縱搖運動數(shù)學(xué)模型進(jìn)行解算的程序,實現(xiàn)了S-175標(biāo)準(zhǔn)集裝箱船在不同航速、不同波浪頻率、不同波幅的條件下的實船模型解算。模型的解算結(jié)果通過兩種方式進(jìn)行驗證,先是將解算結(jié)果在Matlab中比較試驗數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)的歷時曲線,二是將模型集成到航海模擬器視景系統(tǒng),實現(xiàn)了船舶垂蕩縱搖運動的實時動態(tài)仿真。結(jié)果表明,所建立的船舶垂蕩和縱搖模型具有較高的精度,并可應(yīng)用于航海模擬器中。
【關(guān)鍵詞】：船舶垂蕩 船舶縱搖 切片理論 航海模擬器
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U661.32
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 緒論9-20
• 1.1 選題背景與課題意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究綜述10-17
• 1.2.1 切片理論的產(chǎn)生與發(fā)展11-13
• 1.2.2 試驗研究13-14
• 1.2.3 近期研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3 本文主要工作17-20
• 第2章 船舶垂蕩縱搖耦合運動模型20-37
• 2.1 坐標(biāo)系選取20-23
• 2.1.1 船舶附體坐標(biāo)系20-21
• 2.1.2 空間固定坐標(biāo)系21-22
• 2.1.3 隨船平動坐標(biāo)系22-23
• 2.2 基本假設(shè)23-24
• 2.3 船舶垂蕩縱搖時受力24-26
• 2.4 船舶受到的波浪擾動力26-31
• 2.4.1 規(guī)則波的基本要素26-28
• 2.4.2 波浪擾動力的計算28-31
• 2.5 船舶垂蕩縱搖運動數(shù)學(xué)模型的建立31-36
• 2.6 本章小結(jié)36-37
• 第3章 模型系數(shù)的解算37-51
• 3.1 數(shù)值積分法37-42
• 3.1.1 幾種常見數(shù)值積分法37-39
• 3.1.2 辛普生第一積分法示例39-42
• 3.2 水動力(矩)系數(shù)42-44
• 3.3 田才圖譜44-49
• 3.3.1 圖譜介紹44-47
• 3.3.2 應(yīng)用實例47-49
• 3.4 波浪擾動力(矩)49-50
• 3.5 本章小結(jié)50-51
• 第4章 程序?qū)崿F(xiàn)與模型仿真51-77
• 4.1 程序?qū)崿F(xiàn)51-55
• 4.1.1 計算程序51-52
• 4.1.2 實例程序?qū)崿F(xiàn)52-55
• 4.2 模型仿真55-62
• 4.2.1 四階龍格-庫塔法數(shù)值解算55-59
• 4.2.2 程序?qū)崿F(xiàn)及仿真實例59-62
• 4.3 Matlab程序仿真62-73
• 4.3.1 波幅對垂蕩縱搖的影響62-66
• 4.3.2 頻率對垂蕩縱搖的影響66-69
• 4.3.3 航速對垂蕩縱搖的影響69-73
• 4.4 模擬器程序應(yīng)用測試73-74
• 4.5 本章小結(jié)74-77
• 第5章 結(jié)論與展望77-79
• 5.1 結(jié)論77-78
• 5.2 展望78-79
• 參考文獻(xiàn)79-83
• 致謝83-84
• 作者簡介84

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 張秀鳳;金一丞;尹勇;;船舶運動數(shù)學(xué)模型編輯及測試開發(fā)平臺[J];系統(tǒng)仿真技術(shù);2009年04期

2 陳虹麗;劉貴棟;趙希人;;船舶縱向運動水動力參數(shù)模型的建立及分析[J];儀器儀表學(xué)報;2006年S2期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 張建;船舶在波浪中的縱向運動響應(yīng)及載荷[D];大連理工大學(xué);2005年

2 祁宏偉;波浪中船舶六自由度操縱/搖蕩耦合運動仿真研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2008年

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本文編號：602092