渔船水上运动特性研究【毕业作品】

渔船水上运动特性研究专业：船舶与海洋工程目录 5 5 51.3sesam软件的简介说明 61.4课题研究背景、内容 7 7 71.5本课题的主要研究内容 9 2.2基本方程及边界条件 2.3线形波浪理论 2.4斯托克斯波理论 2.4.1斯托克斯三阶波 2.4.2斯托克斯五阶波 2.5.1随机波浪波面高度的分布特性 2.5.2随机波浪的谱特性 2.6船舶在波浪上的运动理论基础 2.7波浪载荷的研究综述 2.8波浪的长期预报 三船模参数计算 3.1.1主尺度及主要参数 3.1.2装载工况 3.1.3波浪散布图的选取 3.2波浪诱导载荷参数 四全船有限元模型的建立 4.1船体外表面模型（PanelModel） 4.2质量模型 4.3水动力分析计算 4．4本章小结 五数据分析结果 5.1六个自由度刚体运动情况 5.1.1在有外龙骨下的六个自由度的运动情况 5.1.2在无外龙骨下的六个自由度运动的情况 5.1.3有无外龙骨的比较 2 参考文献 3本科毕业论文摘要用挪威船级社SESAM软件HYDRO程序结合工作海域的波浪散布图，使用POSTRESP程序输出不同装载工况下的不同波浪入射角时的有无外龙骨对整船操纵与摇摆的性能的影响。[关键词]8米宽鱿钓渔船；波浪诱导载荷；外龙骨4本科毕业论文摘要Waterperformancestudyoffishingboatsf5船舶运动与波浪载荷的准确预报是进行合理的船舶结构设计的基础。在给定了船舶型值的结构强度而又经济实用的船体。所以船舶结构生产设计水平的进步与波浪载荷理论的不断发展与完善是密不可分的。船舶在海上经历六个自由度的刚体运动:纵荡、横荡、垂荡、纵摇、横摇和首摇。在这些运动过程中，船舶波浪载荷将以垂向、横向的剪力(弯矩)以及扭矩的形式作用于船体。在船舶的结构分析中，最初的步骤是确定船体的静水和波浪诱导载荷。船体将在其运营期中承受这两种载荷的极端情况，这将导致船体可能的疲劳及破损，这正是我们所关心的问题。船舶的设计载荷被定义为船舶运营期间一定概率水平下的载荷。为了得到这些设计载荷，波浪环境被离散为各种固定的海况。船舶的统计特性，如船速、浪向角以及波浪干扰力由短期值整合而成。以极值表示的结果表现为响应峰值的分布。对于疲劳问题，此结果将表现为基于船舶遭受的载荷周期数目，以及相关的应力幅值的累积损伤。对于频域方法，载荷的预报涉及响应幅度算子的确定。给定波浪频谱，根据响应幅度算子可以确定船体的运动响船体在海浪中六个自由度的运动均是相对于其在随船平动坐标系中的静平衡位置而言般水动力及波浪载荷的计算均先以中纵剖面一侧的船体为研究对象，然后利用对称关系得到横摇和首摇)两组互不祸合的运动来分别讨论。6拥有极其丰富的水运资源，这为发展我国船舶工业提供了有利条件。合特定航行区域的波浪散布图，采用三维势流理论对有外龙骨的渔船进行船体运动响应计合特定航行区域波浪散布图，采用三维势流理论在频域内对渔船进行随机波浪载荷长期预报，并与相应规范计算值进行比较，为合理选取波浪诱导载荷提供依据。度计算、疲劳强度计算方面的研究工作。结构强度计算方面，随着计算机软件、硬件能力的结构强度计算方法的不断进展对外载荷计算提出了更高的要求。当采用梁理论评估船体疲劳和极限强度设计中使用，而在船体结构直接设计计算中，整船有限元分析使水动压力成船体表面波动压力和波浪诱导的剖面剪力弯矩是在强度计算中要考虑的最重要的外载荷。基于此，寻求合理而实用的船舶运动、波浪载荷和水动压力预报方法对船舶工程的发展具有重要意义。本文拟在这方面做一些工作。SESAM是挪威船级社（DNV）针对海洋平台、船舶等海上结构物开发的一个大型有限元静力与动力分析程序及显示计算结果的后处理器等四个部分。其中GENIE模块用于建模，Hydrod模块主要进行水动力计算,它是基于三维频率的船舶运动和波浪载荷预报模块，解决荷可以转换为有限元进行结构分析。准备数据的时间；计算船舶波浪载荷程序可计算并可直接传递到结构有限元模型上；结构分析程序可解决各种结构在个种类型载荷下的应力示计算结果，而且提供了用语作最终评估的程序。该系统在不同程序模块之间的数据自动传7递是通过界面文件实现，使数据传递非常灵活而有效。的选取应根据不同结构的受力特性分别选取不同的有限元类型。由于整船结构有限元模型需工数据准确及计算机计时。小型远洋渔船的稳性安全，是渔船设计中首先必须考虑的一个重要问题。设计人员通常在渔船鱼舱底部设置固体或液体压载来降低渔船空船的重心高度，以达到渔船稳性安全的目了渔船的舱容，而且压载效果也不一定最佳。通过在小型远洋渔船上设置箱形外龙骨，并在又可减少渔船在大风浪中的横摇摆幅，改善渔民的生产作业条件，还能省出本该由压载物占用的舱容，以装载更多的燃油或淡水，有效的提高渔船的经济性能。采用线性随机波浪理论：线性随机波浪理论假定波浪是有多个波系叠加而相互不引起干简谐波叠加而成的不规则波系.频域三维汇源理论：船舶在规则波中运动的流体动力问题的关键是求解流场中的速度势，包括入射波的贡献、物体存在和运动对流场扰动的贡献以及相互之间的耦合作用。(1）多普勒效应（2）流场速度势分解（3）船舶运动方程。随着计算机软硬件技术的发展，全船有限元分析技术使船体总强度分析有了革命性的突的实际变形与应力。采用全船有限元分析法和波浪载荷的直接计算可以进一步提高计算结果8在渔船上外龙骨的横剖面形式主要选用矩形或方形的铸造件或钢板焊接件（内设生铁块）板焊接件（内浇混凝土）三种。纵剖面形式主要选用等高式，有些拖网渔船因需要设置为长度L，宽度B和高度H，在渔船上外龙骨的长度L设计应尽可能地贯通全船，高度H一渔船外龙骨的形式以选用铸造式横剖面方、矩形或焊接式横剖面方、矩形为好。铸造式外龙骨在一艘长约50m的渔船上，至少会有一个端接头，端接头设计结构形式必须合理，焊接工艺必须规范。焊接式外龙骨在每道肋位处其内必须设有横向加强板右、底板须三面连续焊。外龙骨内若设置生铁块，生铁块的形状必须规则，排列缝隙宜小；若设置铁砂，选用的铁砂粒直径宜小为好，以增加铁砂比重；若设置混凝土，为方便维修，混凝土中的水泥比例不宜过大。在设置上述压载物时，压载物的上表面与船底K行板间须留有3~5mm的空隙，以保证船底K行板与外龙骨侧板间的焊接质量。本文主要运用了挪威船级社(DNV)的SESAM(SuperElemerntStructureAnalysisModules)软件系统对8m宽鱿钓渔船整船建立有限元模型，以外龙骨为变量，对其进行了波浪统计预报，确定设计波，计算船体应力分布。主要内容有：(1)整理8m宽鱿钓渔船的图纸和资料，分析其结构特点，利用SESAM型导入SESAM软件系统中。(2)利用挪威船级社(DNV)的SESAM软件系统的波浪载荷分析与响应计算子模块WADAM，计算全船在一系列规则波上的流体动力载荷，包括动压力在湿表面上的分布及其六个自由度的运动特性，形成载荷传递函数。软件系统的进行计算结果统计处理的交互式图形后处理器POSTRESP,对计算结果进行统计处理和预报。通过长期预报，确定设计波。构分析的子模块SESTRA对全船结构进行计算求解。(5)利用挪威船级社(DNV)的SESAM软件系统的数据转换处理器PREPOST和有限元分析图形处理器，对其结果以图形方式显示出来，分析全船或局部有限元模型及其运动分布状况。9在实际海况中，船舶运动受到诸多因素的影响，严重的摇荡运动不仅会影响船舶的运计耐波性能良好的船舶提供可靠的依据。在船舶耐波性的适居性、实际使用性、生命力的三特征值、加速度特征值、运动速度和加速度的极值、甲板淹湿、砰击和砰击负荷、波浪诱导船舶安全性和运营经济性具有十分重要的意义。和船舶运动研究息息相关的一个研究领域是船舶在波浪中的载荷研究，船舶在波浪上的运动理论是研究波浪载荷的理论基础之一。进行船舶结构分析时，首先要确定作用在船体上结构研究中非常重要的一个问题。对船舶设计者来说，提供一种合理的、接近实际情况的预报工具是非常必要的。在船舶运动和载荷预报领域，虽然基于频域和概率的线性切片理论已经取得了巨大成功，但是仍有首尾砰击等问题便是明显的例子。由于忽略了非线性载荷，在某些种类船型的载荷计算中，尼，预测运动的幅值也将不准确。本文根据船舶在波浪上的运动理论，运用SESAM计算了船体在波浪中的线性运动响应，（1）计算8米宽鱿钓渔船在不同波浪入射角状态下的六个自由度上运动的频率响应曲线；（2）计算8米宽鱿钓渔船在规则波中的垂向波浪剪力和垂向波浪弯矩频率响应曲线，然后选渤海海浪谱，计算8米宽鱿钓渔船在不同海况下的运动响应谱。（3）最后分析计算得出8米宽鱿钓渔船在有无外龙骨的情况下对渔船的操纵与摇摆的性能理论基础。波浪理论也已得到广泛的研究，主要有线性理论和非线性理论，线性波浪理论(Airy波)是假定波浪振幅足够小，这样就可以基本忽略非线性项而得到速度势的近似解。驻波理论、流函数波理论等。以下主要介绍作为基础的线性波浪理论和本论文重点应用的Stokes五阶波理论和随机波浪谱。如图2-01表示一在海底平坦、光滑、静水深度为d的海域向前传播的波浪。设波浪两个相邻波峰经过一特定点的时间间隔T称为波浪的周期。设c为波浪的传播速度，ZX波浪周期T-L/Cd▽2Φ2+2应满足Laplace1、海域底部的运动边界条件在海底上的流体质点不能超过固体边界，只能沿着边界的切线方向运动，即在z=-d处垂直于固体边界的法向速度为零，即2、自由表面的运动边界条件由表面的水质点的垂直于该表面的速度，等于自由表面在该方向的运动速度。--3、自由表面的动力边界条件数。因此把贝努利方程式应用到自由表面处，得到自由表面的动力边界条件为：(δΦ)2]---(δΦ)2]4、波浪的周期性条件:实际情况有一定的出入，但这些假定仍然在各种波浪理论中采用。所以对它们可能产生的从上述可以看出要想精确求解出波浪的速度势是非常困难的:一是自由表面条件的非线条件仅在自由表面z=η上满足，而η本身又是未知量，就使得拉普拉斯方程的求解区域也是可变的。这就是至今还不能建立起一种波浪理论可普遍适用于各种水深、波高和波长的海鉴于对上述各种非线性关系式求解的困难，必须进一步作出一些假定来简化这些关系式，从而建立起几种确定性的波浪理论以适用于各自特定的海况条件。简单的波动。满足线性波浪理论的波动面是水面呈简谐形式的起伏运动。水质点的运动是以平衡位置为圆心的圆周运动，即以圆频率负作简谐振动。假定波幅或波高相对于波长是无限小，因此可以忽略波动自由表面引起的非线性影响，即边界条件中的乘积项和平方项都可以忽略。并且由于假定波高H足够小，条件式(2-3)和式(2-4)可近似的在波浪平均位置z=0处满足。此时自由表面的边界条件线性化为2然后通过分离变量法得出有限水深的线性波速度势为─+g2从而得到2负2这就是线性波的色散关系。方向的运动速度如下v=─= 水质点在水平及垂直方向的运动加速度为xz2H-T22HT2位，在海洋工程设计中常常采用。这就是所谓的斯托克斯波浪理论。Stokes根据势波理论在推演中考虑了波陡的影响，证明波面不再为简单的余弦形式，而是呈波峰较窄而波谷较宽的接近于摆线的形状，这是和实际余波的波面颇为相近的。移的近似于圆或椭圆的轨道上运动。波浪运动中伴随有“质量的迁移”的这一情况，也是符合于波浪运动的实际现象的。所谓的Stokes波是用有限个简单的频率成比例的余弦波来逼近具有单一周期的规则的有限振幅波。为解决自由表面边界条件的非线性问题，假定速度势可按某一小参量摄动展开: Φ=εΦ+ε2Φ+因为波幅有限，与Φ相关的其他变量如η等，亦可作相同的小参数摄动展开:nη都满足Laplace方程(2-1)及边界条件;n222n+n困难问题。自由表面总是在静水面附近。将Φ在自由表面z=η处用Taylor级数展开为+.n+2将上式代入自由表面边界条件(2-3)及(2-4)，可得)))]2)]2理合并，得2|1)212122(2kd))]于ε的偏微分方程组:一阶: 二阶:──η1-11=0──η1-11=022由表面边界条件(2-26)、(2-27)式可以看出，在Stokes高阶波势的边界条件中包含根据以上推导，可得到Stokes三阶波的有关计算结果13二、色散关系2三、波面方程四、水质点的运动速度和加速度|4(3|4(3水质点水平速度v c3水质点垂直速度v c3水质点的水平加速度TT12x=水质点的垂直加速度.12.1-5-52233(π)2(d)（L)33.（L)3f6(kd)]f3|Stokes五阶波的推导和三阶波完全一样，近些年来五阶波得到越来越多的关注，其非线性更加显著。海洋工程的各类规范经常要求用五阶波进行设计。表2.1是Stokes五阶波表2-1有关Stokes五阶波计算公式nn=Σn5nnn22pxxxzz3A5A3A5AA1+λ4B+λ5B5B表达式系数中的λ是一个比值，且λ=ka，a是须对每一个波确定的达式如下:4)642)7)64216426424223)6429)66)86424292642424)6421ijiji定。在求得A,B后，λ及kd可由下式确定:ijij1215)H2gT2应用上述Stokes五阶波理论的计算公式，可以用计算机编写相应的程序，只要输入水深、波高、周期等基本参数数据，便可得到五阶波波长、波的传播速度、和波面升高等结果，并可计算出波浪水质点的速度、加速度和压力值。计理论研究海浪现象的理论称为随机波浪理论。海底管道立管部分在海洋中所遭遇的海浪一性的变化，因此，海洋中的波浪作为一个随机过程从长期而言并不具备平稳性。但对较短的一段时间来说，可以认为波浪是一个平稳的随机过程。此外，观测证实，波面升高η(t)又历经性保证某一随机过程的一个具体样本能代替总体，通过一样本能推求出随机过程总体的统计特性。每一短期海况由表征波浪特性的参数以及该海况出现的频率来描述。常用的波浪参数为有义波高Hs和平均跨零周期T。Hs定义为所有波浪中波高最大的三分之一波浪的平Z13T定义为波面升高在相邻两次以正斜率跨越零均值线之间Z的平均时间间隔。它是波浪过程的跨零率的倒数，故有:1Zf0mm0m2余弦波分量叠加而成的，可以假定其振幅、频率、相位与方向都是随机量，但为处理简便，当前常仅假定相位是随机量。海面上某点的升高为η(t)=Σ伪iiiiiiiiii易证明η(t)的均值为0，即E[η(t)]=0。ii222式中σ2(2(t))表示波面高度的方差。η(2-30)(2-31)构由它的各组成波所提供的能量来体现。海浪谱从数学意义上讲就是一个函数。所谓谱分析对振幅为a的规则波，单位波面(单位波长*单位波宽)的波浪内所具有的波能为n12n或12na2可见波能量与波幅平方成正比。因此把d负可见波能量与波幅平方成正比。因此把d负范围内的各子波的2迭加起来，并除以η22η负显然函数S(负)比例于频率位于间隔η显然函数S(负)比例于频率位于间隔η内的各组成波提供的能量。如取η于波频的分布，故又称频谱。η海浪波面高度的方差σ2(=η2(t))也比例于单位波面内各组成波的总能量，即η=Σn2η1-21-2a=率。这时，波幅服从Rayleigh分布。由此可计算波浪过程的标准差σ、跨零率f、峰值率η0n，以及不规则系数a和带宽系数ε分别为:0ση0f0112m0n01mmε=2,目前求海浪谱的主要方法有:(1)利用定点观测到的波面记录η(t)，计算波面高度的自相关函数，然后经Fourier变换求得频谱.(2)由观测资料得出波高与周期的联合分布函数，经过理论推导，得出能量相对于频率下面介绍P-M谱:谱有如下的表达式:24]|式中无因次常数a=0.0081，上式所示的波谱仅含一个参数即海面上19.5米高处的风aU42-2U2将（2-41）代将负代入（2-42）可得：0-4P-M谱为经验谱，由于所依据的资料比较充分，分析方法比较合理，使用也比较方便，因此在海洋工程和船舶工程中得到了广泛的应用。用力的大小;反过来，受力又影响了船体的运动。因此，二者是祸合的，原则上讲，船体受动规律和流体运动规律都是可以假定的，因而可以将流体运动和船体运动分开处理。本文在研究船舶在波浪上的运动过程中引入如下假定：1)流体假定:假定流体是没有粘性的理想流体，同时认为流体是无旋有势、均匀不可压2)刚体假定:假定船体是具有六个自由度的刚体，在外力作用下不变形；3)微幅波假定:假定入射波的波幅A远小于波长兄，由此可以认为船体在波浪上的摇荡运动也是相对于平衡位置的小振幅运动，船体运动引起的湿表面积变化量远小于其静浮在静4)等速直线运动假定:假定波浪引起的船体摇荡运动参数随时间的变化要比船体操纵运动参数随时间的变化快得多。如图2-1所示，本文定义三个右手坐标系:于描述波浪；2)参考坐标系oxyz。原点o位于船体重心，ox轴与船舶航行方向一致，oz轴竖直向3)随船平动坐标系o'x'y'z'。原点o'位于未扰动的静水面上，o'x'轴与船舶航行方向一致，o'z'轴竖直向上。在参考坐标系中，动坐标的原点的位置行(,,)称为船体相对参考为纵荡，为横荡，为垂荡。oxyz分别绕x,y,z;轴旋转a,β,Y角度和oxy是ZZ0ZUtx'oxxo'OU0图2-2显示了船舶在波浪上运动六种运动模态：纵荡、横荡、垂荡、纵摇、横摇、艏摇。ZZoxpitchrollyox对于航行于海上的船舶而言,波浪载荷（即波浪诱导载荷）是所有船舶载荷中最重要的洋波浪的随机性、船体结构的复杂性及航行工况的多样性，计算波浪载荷并非易事。一种比较强度。克雷洛夫在1896年发表的《船舶在波浪上的纵摇新理论及由此运动而产生的应力》及1955年Korvin-Kroukovsky提出了处理船舶摇荡问题的切片理论，后经Korvin-Kroukovsky并将最初的迎浪纵向计算推广到斜浪5个自由度运动的计算。由此产生了很多类似的计算的计算方法、水动力系数耦合项及尾端修正项的处理、绕射力的确定等，但所得的数值结果及惯性力。在相对较低的遭遇频率或高傅氏数的情况下，线性切片理论的计算结果与实际情致的流体静力和动力的非线性以及大幅度运动可能发生的砰击现象。这些非线性计算方法大致分为频率和时域方法。最具有代表性的频域非线性方法是基于摄动原理建立的二阶理论。此理论中二阶项源于激励波浪的非线性、船舶的非直舷以及非线性的流体动力。采用时域的流体力的计算，考虑了瞬时水下剖面的真实形状以及水动力系数随吃水的变化；Meyerhoff和Schlachter通过模拟不规则海浪中船舶的航行状态求解运动方程，考虑了波浪冲击力对船舶运动的反馈；Borresen和Tellsgard提出了一种预报幅度规则波中迎浪荡和纵摇耦合运动以及垂向载荷的非线性响应方法。在时域中步进求解斜浪中船舶运动微分方程时存在数值发散问题。由于船舶在水平面内的运舵及船体上流体作用力的计算非常复杂。目前国际上通用的方法是建立可计及操舵效应的船此外，针对经典切片理论预报高速船的运动响应效果欠佳，充分考虑高速船的高速细长理论（二维半理论）应运而生。在高速细长理论中，流场速度势的控制方程和物面条件仍是论仅适合高航速下的船舶耐波性的预报。时域问题的完善解法是通过建立初、边值问题来解决。Finkelstein系统的推导了各种忆项两部分分别求解，从而将船体的几何形状与船舶运动相分离；Ogilvie总结了上述理论并推广到有航速情形。目前应用时域格林函数求解非线性问题已经取得了很大的进展。林函数法采用在船体表面布置源的方法确定速度势，点源速度势－格林函数满足除船体表面以外的所有边界条件，而流场速度势可由格林函数沿船湿表面积分得到。此方法处理无航速船舶及其他海洋结构物的运动和载荷问题非常成功，但对于有航速问题，由于有航速频域格速假定，利用无航速格林函数并加上关于航速的修正项来处理此问题。Rankine源法在近些力问题。Bishop和Price首先运用水弹性力学方法系统的研究挠性船体在波浪中的动力响应问题。将船体模型简化成一根两端自由的弹性梁，与经典的切片理论结合，采用结构模态分析法求解船体在波浪中的动力响应。由于在模态中引入刚体模态，因而这种方法可以同时得到刚体位移和弹性变形。其后许多学者将水弹性方法与扩展的切片理论相结合，用于非线形成了一种适用于在波浪中或水下运动的任意形状弹性体的三维线性水弹性理论。果，对于弄清载荷的特征及其统计分布规律，具有重要的意义。但受种种客观及主观因素的限制，实船海上试验结果不可避免的存在着局限性。为此作为实船海上试验的补充和完善，知的现象，反映问题的力学机理和实质，对理论计算方法进行改进和完善。分析的方法得到不规则波中船舶运动或波浪载荷的响应谱2的响应谱。因为实际频率为遭遇频率。，所以输入波浪谱S()应变换为Swo根据统计时间的长短，对系统响应的极值预报可以分为短期预报和长期预报。短期预报是指统计时间在半小时到数小时之间。在此期间，假定船舶的装载、航速、应服从Rayleigh分布。该分布只有方差σ2一个参数，可由响应谱S(负)得到，即y2进而可得到船舶运动与波浪载荷短期预报的各种统计值，包括均值和有义值等。其中，均值为0过程的组合来处理。长期预报的概率密度函数可由很多短期的概率密度函数以其出现概率为在与确定船体总载荷设计值有关的问题中，波浪海况的选取或许是最为重要的。确定该传递函数为基础导出相应的长期分布。目前使用的方法是在所考虑海域内选取一个实际波高和波浪周期组合的散射图谱。这个散射图谱也可用来进行极限强度和疲劳强度分析。度分析，而世界范围的组合波谱已经被用于统计资料为依据，并结合对于波高一些重要修改，以确保最大波峰不在破碎波的极限之外，而且25年一遇的最大的预计波高波浪周期与波高同样重要。早期的波浪气候资料大都不包含对目测波浪周期中误差的适当修使预报的长期波浪载荷误差达到7％。而与用波浪散射图谱进行预报的长期波浪载荷相比，表3-18米鱿钓渔船的主尺度LOAB△Dd46.81m无外龙骨六种装载工况稳性参数见表3-2不同海况和每一海况出现概率组成。每一海况常用有义波高和跨零周期表征。经过几十年的此采用了渤海海域的全年波浪散布图。P使得按它计算出来的船体应力能代表实际船体航行过程中的最严重的状态。正确的途径是通过船体在波浪上受力的长期统计预报，得到在108概率下预报的船体弯矩、剪力等代表性根据实践经验以及研究目的的需要，本文选取以下条件进行计算：波浪入射角是波浪传播方向与船舶航向间的夹角,并由波浪传播方向按顺时针进行度量。当波浪入射角在左右舷0°~15°之间时称为顺浪.波浪入射角在左右舷165°~180°之间时称为顶浪。顺浪和顶浪统称为纵向对浪,纵向对浪主要产生纵向运动,它包括纵摇、纵荡和垂荡,其中主要是纵摇和垂荡。波浪入射角在左右舷75°~105°之间时称为横浪。横浪主要产生横向运动,它包括横波浪入射角在左右舷105°~165°之间时称为首斜浪。尾斜浪和首斜浪既产生纵向运动,也产生横向运动,如图3-2所示。首尾浪顺G斜斜浪浪图3-2波浪入射角示意图波频ω和波长λ之间的关系按λ=2πg/ω24.1船体外表面模型（PanelMode去，再由点及线，由线建面，初步完成全船的框架。最后应当对每一个面建立相应的有限元波浪载荷分析子模块HydroD中再将先前的Genie中的模型转化成FEM格式并导入到水动力程序中进行加载分析和计算。分。对于水线面以上的部分认为不受波浪水动压力。本文采用三维势流理论计算8米宽鱿钓渔船迎浪时运动响应。根据型线图建立船体外表正方向指向左舷，z正方向向上。panel模型的建立：建立结构有限元模型要应用结构力学的知识对次要构件进行简化处理,而主要构件要予以正确表达。根据8米宽鱿钓渔船母型船的资料，利用型线图将所需的数据读取，通过SESAM（1）先从8米宽鱿钓渔船的型线图中读出个站位的三维坐标值，并将其通过几何（Geometry）中的点（Point）功能输入坐标值，再用曲线（curve）功能将他们光顺合理的将每个站位的曲线连接起来。（2）利用Elements功能建立图形的有限元网格的划分。首先，在每个站位的曲线上对布置网格划分节点，再通过Mesh功能将各个站位的网格划分出来。其次，利用verify、Equivalence功能来对模型进行检查，消除重复节点。在处理网格划分时往往会产生重复节点，这样的节点需要检查并处理，否则析运算。并且，网格划分好之后，应该对网格的质量加以评估，如果觉得不甚满意，则可以（4）定义有限元模型单元的物理特性（Properties）Properties的部分功能就是根据实际结构和分析程序创建物理特性，并将其应用于对一项中选择materials，然后右击选择newmaterials一项，要定义其中的各项属性首先需要命名，然后再是定义Yield，Density，Young，poission，等等其他的相关数据。之后再定义壳单元属性，厚度取12mm。具体的方法是在propertie击然后Newthicknesses建立板厚选项，先命名，然后再点Alloweidt，选择全船，取板图4-18米宽有龙骨的鱿钓渔船panel模型（5）在定义好了8米宽有龙骨的鱿钓渔船panel模型之后，要进行8米宽无龙骨的鱿钓渔图4-28米宽无龙骨的鱿钓渔船panel模型量,因此直接计算得到的结构重量总是小于实际的空船重量,重心位置也与空船重心不相符。构模型直接计算得到的结构自重与空船重量相符。模型可以与实船的真实重量分布基本一致。众所周知,外载荷、结构响应和强度标准是评定舰船与海洋工程结构物安全的3个相互关联的重要因素。其中,合理的确定载荷是正确评定结构安全性的基础和关键。舰船与海洋程结构所受的波浪载荷,进行了长期的研究,并形成了经验公式、数值预报与模型试验3种技术手段水动力分析可获得海洋结构物在波浪中的运动、特征剖面上的载荷和湿表面的水动压特征剖面上的载荷响应用于结构物的总体强度分析。不同的海洋结构物,所关注的特征剖面上的载荷响应也有所不同。如,关注“船”形浮体的横向剖面的剪力、弯矩、扭矩等。湿表面的水动压力响应是舱段与全船有限元分析及其疲劳分析中必不可少的载荷参数。水动力分析的目的是研究浮体在海浪中的动态响应。海浪是各态历经的平稳随机过程,由无限多个频率不等、方向不同、振幅变化而且相位杂乱的简谐微幅波叠加而成。浮体在随机不规则波中的响应谱可由单位波幅波中的响应(传递函数)和海浪谱来确定。由此可知,浮体在规则波中响应的分析是它在随机不规则海浪中响应分析的基础。水动力分析中,通常假定浮体所处的海洋是均匀、不可压缩、无粘和无旋的理想流场。因而,流场的速度势满足拉普拉斯方程,并满足流场自由表面和底部条件、浮体物面条件以及初始条件与辐射条件。数学求解浮体水动力的困难在于完全满足上述条件非线性定解问题。为此,人们引入了一定的假定,并作了简化,形成了水动力分析理论。运用SESAM程序系统中HydroD进行水动力分析。择，输入数据。如图4-3、图4-4、图4-5所示。查静水弯矩计算书读取船舯水线处的吃水，再通过船舯水线处（Z轴方向）的吃水、纵倾和尾倾来定义装载工况（Loadcondition）。并将所读取的数值输入。如图4-8所示。通过SESAM建立panel模型，定义六种有外龙骨下的不同的工况和择正确的波浪方向及频率、水动力模型、装载工况和海洋状况。输入8米宽鱿钓渔船的垂线间长，通过MaximumPrint输出信息，如图4-10所示。界面上的窗口就会显示出做好的模对话框，选定需要计算的工况，点击“ExecuteWadam”，运行得出波浪载荷预报结果。如复杂船体结构的模型化技术是进行全船有限元分析的基础。本章以8米宽鱿钓渔船为研最终的计算结果能较准确地反映出实船的重力和惯性力的真实分布，为水动力分析做了奠定，使得能够较为准确的反映出8米宽鱿钓渔船在有无外龙骨下的六中自由度的长期预报。图5-1到图5-6为船体在不同波浪入射角作用下对不同装载状态的六个自由度刚体运和空载结冰抵达基地港（工况56）4.00E+03)图5-1在不同波浪入射角情况下的垂荡(HEAVE)4.00E+03)单(图5-2在不同波浪入射角情况下的横荡(SWAY)4.00E+00)单(L图5-3在不同波浪入射角情况下的横摇(ROLL)4.00E+03)图5-4在不同波浪入射角情况下的纵荡(SURGE)4.00E-01)图5-5在不同波浪入射角情况下的艏摇(YAW)4.50E-014.50E-014.00E-01)图5-6在不同波浪入射角情况下的纵摇(PITCH)4.00E+03)图5-7在不同波浪入射角情况下的垂荡(HEAVE)4.00E+03)单(图5-8在不同波浪入射角情况下的横荡(SWAY)4.00E+00)单(L图5-9在不同波浪入射角情况下的横摇(ROLL)4.00E+03)图5-10在不同波浪入射角情况下的纵荡(SURGE)4.00E-01)图5-11在不同波浪入射角情况下的艏摇(YAW)4.50E-014.50E-014.00E-01)图5-12在不同波浪入射角情况下的纵摇(PITCH)在LC1工况下的六个自由度比较有无外龙骨对船舶操纵摇摆性能的影响。4.00E+03有外龙骨)图5-13在垂荡（heave）运动下的有无外龙骨比较4.50E-014.50E-014.00E-01有外龙骨)单(p图5-14在纵摇（pitch）运动下的有无外龙骨比较(4.00E+00有外龙骨)单图5-15在横摇（roll）运动下的有无外龙骨比较4.00E+03有外龙骨) 图5-16在纵荡（surge）运动下的有无外龙骨比较4.00E+03(有外龙骨)单4.00E-01有外龙骨y)图5-18在艏摇（yaw）运动下的有无外龙骨比较为90°处达到最大值，之后再逐渐的减少。而纵荡(SURGE)、纵摇(PITCH)这两个自由度下的不同装载工况下船体运动会随着波浪入射角的增加在波浪入射角为90°处达到最小值，(2)无论在有无外龙骨的情况下，在垂荡(HEAVE)、横荡(SWAY)、纵荡(SURGE)、纵摇(PITCH)四种自由度下，装载工况的不同所产生的运动响应变化不大。而对于横摇(ROLL)、艏摇（YAW）装载工况变化了，所产生的运动响应变化非常大。（3）当在固定装载工况（LC1）下，对于垂荡(HEAVE)、横荡(SWAY)、纵荡(SURGE)、纵摇(PITCH)四种自由度，无论有无外龙骨，其运动响应变化均不大。（4）当在固定装载工况（LC1）下，对于横摇(ROLL)、艏摇（YAW没有外龙骨下所产生的运动响应要远远大于有外龙骨所产生的运动响应。在SESAM程序中用POSTRESP子模块进行波浪载荷长期预报。在建立panel模型时，对结构时进行适当的简化。本次研究的主要是船体在波浪运动中产生的波浪剪力和波浪弯矩对船体结构强度的影响，因此正确计算和分析船体的波浪诱导载荷预报是关键。作为船体结构强度的衡准，需要找到船舶服务周期内(20—25年)所受到的一次最大波载荷的长期预报来寻求，研究表明，这相当于108超越概率水平的波浪载荷极值。压载状态下船体波浪诱导垂直波浪弯矩、垂直波浪剪力在这截面上的传递函数，得到了相应本研究以8米鱿钓渔船为研究对象，应用挪威船级社(DNV)的SESAM软件系统，进行了全船有限元水动力分析。在完成了建模以及波浪载荷的长期预报后，应用设计波法确定了波来对比不同入射角情况下的波浪载荷预报。在有龙骨情况下的六个自由度不同工况运动特性表1：不同装载工况下横摇的运动响应ROLL00.00E+000.00E+002.71E-038.95E-040.00E+000.00E+003.04E+002.46E+008.60E-015.91E-015.65E-016.05E+002.29E+004.90E+008.93E+003.44E+007.25E+002.58E+004.60E+009.36E+003.30E+002.27E+002.16E+005.54E+003.78E+002.59E+002.47E+005.93E+003.96E+002.72E+002.58E+005.58E+003.81E+002.63E+002.50E+004.65E+009.46E+003.35E+002.32E+002.21E+009.04E+003.48E+007.34E+002.62E+006.12E+002.31E+004.95E+003.07E+002.48E+008.73E-016.01E-015.74E-010.00E+000.00E+002.85E-030.00E+000.00E+000.00E+00表2：不同装载工况下纵摇的运动响应PITCHPITCH3.84E-014.07E-013.67E-013.61E-012.98E-018.42E-0304.08E-014.04E-013.90E-013.63E-013.11E-012.00E-012.22E-024.10E-014.05E-013.89E-013.58E-013.01E-018.81E-034.10E-014.05E-013.89E-013.58E-013.02E-018.64E-034.03E-013.99E-013.86E-013.60E-013.09E-012.01E-012.59E-022.02E-013.82E-024.12E-013.43E-013.04E-013.79E-013.92E-012.98E-012.79E-012.94E-013.08E-013.07E-013.07E-013.58E-013.34E-013.52E-013.63E-013.61E-013.61E-013.87E-013.62E-013.82E-013.93E-013.91E-013.92E-014.01E-013.76E-013.96E-014.08E-014.06E-014.07E-014.06E-013.80E-014.01E-014.13E-014.11E-014.11E-01表3：不同装载工况下艏摇的运动响应YAWYAW00.00E+000.00E+000.00E+000.00E+000.00E+000.00E+009.63E-027.34E-026.70E-026.58E-023.79E-013.25E-015.58E-012.57E-014.72E-017.17E-013.14E-015.97E-012.38E-018.34E-013.52E-016.87E-012.55E-018.91E-013.70E-017.31E-012.61E-018.71E-013.67E-017.18E-012.71E-012.03E-017.73E-013.36E-016.43E-012.60E-012.10E-012.02E-016.13E-012.76E-015.16E-012.18E-014.18E-013.56E-012.11E-017.96E-027.10E-026.93E-020.00E+000.00E+000.00E+000.00E+000.00E+000.00E+00表4：不同装载工况下横荡的运动响应5.49E-013.20E+034.68E+0303.03E+034.42E+033.21E+034.70E+033.22E+034.70E+034.48E-013.07E+034.49E+033.06E+034.48E+035.59E+035.70E+035.69E+035.96E+035.96E+035.96E+036.42E+036.56E+036.51E+036.87E+036.83E+036.84E+036.74E+036.87E+036.80E+037.21E+037.15E+037.16E+036.45E+036.54E+036.47E+036.89E+036.84E+036.85E+035.64E+035.66E+035.62E+036.01E+035.98E+035.97E+034.46E+034.44E+034.42E+034.72E+034.72E+034.71E+033.06E+033.03E+033.02E+033.22E+033.23E+033.22E+033.33E-012.63E-01表5：不同装载工况下纵荡的运动响应SURGESURGE06.24E+036.15E+036.22E+036.38E+036.44E+036.43E+036.07E+035.99E+036.05E+036.21E+036.27E+036.26E+035.56E+035.49E+035.55E+035.69E+035.74E+035.73E+034.68E+034.62E+034.67E+034.79E+034.83E+034.82E+033.43E+033.39E+033.42E+033.50E+033.53E+033.53E+037.38E+018.11E+012.43E+013.41E+033.36E+033.40E+033.50E+033.54E+033.53E+034.66E+034.60E+034.65E+034.79E+034.83E+034.83E+035.54E+035.46E+035.52E+035.69E+035.74E+035.73E+036.05E+035.96E+036.03E+036.21E+036.27E+036.26E+036.22E+036.12E+036.20E+036.38E+036.44E+036.43E+03表6：不同装载工况下垂荡的运动响应HEAVEHEAVE6.52E+0306.46E+036.45E+036.38E+036.59E+036.59E+036.53E+036.45E+036.51E+036.59E+036.65E+036.65E+036.72E+036.65E+036.70E+036.76E+036.83E+036.83E+037.01E+036.97E+037.00E+037.04E+037.10E+037.10E+037.38E+037.36E+037.38E+037.38E+037.43E+037.44E+037.75E+037.76E+037.76E+037.71E+037.76E+037.76E+037.97E+038.01E+037.97E+037.88E+037.91E+037.92E+037.83E+037.87E+037.84E+037.73E+037.76E+037.77E+037.46E+037.47E+037.46E+037.39E+037.44E+037.44E+037.07E+037.05E+037.07E+037.05E+037.10E+037.10E+036.76E+036.72E+036.76E+036.77E+036.83E+036.83E+036.57E+036.52E+036.56E+036.59E+036.65E+036.65E+036.50E+036.45E+036.49E+036.53E+036.59E+036.59E+03在无龙骨情况下的六个自由度不同工况运动特性表7：不同装载工况下横摇的运动响应ROLLROLL0.00E+002.14E+004.26E+006.33E+008.22E+009.63E+009.71E+008.34E+006.44E+004.33E+002.17E+0000.00E+009.73E-012.00E+003.04E+003.96E+004.61E+004.86E+004.67E+004.05E+003.11E+002.04E+009.94E-010.00E+008.58E-012.53E+003.26E+003.79E+004.00E+003.83E+003.31E+002.57E+008.70E-010.00E+006.07E-012.29E+002.65E+002.79E+002.67E+002.33E+006.16E-010.00E+006.58E-012.04E+002.66E+003.09E+003.26E+003.13E+002.72E+002.09E+006.71E-010.00E+007.21E-012.25E+002.94E+003.42E+003.61E+003.47E+003.01E+002.31E+007.36E-010.00E+000.00E+000.00E+000.00E+000.00E+000.00E+000.00E+000.00E+000.00E+000.00E+000.00E+000.00E+00表8：不同装载工况下纵摇的运动响应PITCH04.16E-014.06E-014.13E-014.10E-014.07E-014.08E-014.11E-014.01E-014.08E-014.05E-014.02E-014.03E-013.97E-013.88E-013.95E-013.89E-013.86E-013.87E-013.68E-013.62E-013.66E-013.58E-013.55E-013.55E-013.13E-013.10E-013.13E-013.02E-012.98E-012.99E-012.01E-012.48E-028.89E-039.80E-033.04E-012.95E-013.01E-013.07E-013.06E-013.07E-013.65E-013.55E-013.62E-013.61E-013.59E-013.59E-013.95E-013.84E-013.91E-013.91E-013.89E-013.89E-014.10E-013.98E-014.06E-014.06E-014.04E-014.04E-014.15E-014.03E-014.11E-014.11E-014.08E-014.09E-01表9：不同装载工况下艏摇的运动响应YAW00.00E+000.00E+000.00E+000.00E+000.00E+000.00E+006.64E-027.39E-026.96E-026.82E-027.83E-022.78E-014.12E-012.25E-015.33E-012.40E-012.15E-012.24E-012.83E-016.25E-012.59E-012.25E-012.44E-013.21E-016.70E-012.65E-012.28E-012.54E-013.41E-012.01E-016.53E-012.70E-012.43E-012.65E-013.48E-012.04E-015.75E-012.56E-012.40E-012.52E-013.22E-014.52E-012.13E-012.04E-012.