專利名稱：風(fēng)浪耦合作用下超大型船舶單點浮筒系泊系統(tǒng)受力分析法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及防臺單點浮筒系泊領(lǐng)域，特別涉及超大型船舶的防臺浮筒式風(fēng)單點系 泊設(shè)施的配置。
背景技術(shù)：
1991年頒布的國家軍隊標(biāo)準(zhǔn)《防風(fēng)系船水鼓》(GJB1119. 91)對軍用單點浮筒防臺 系泊系統(tǒng)的設(shè)計和使用作了規(guī)定，但由于理論缺憾和適用性差，特別是針對超大型船舶的 適用性差的原因一直未能得到推廣使用，致使我國針對大型和超大型船舶的防臺浮筒式風(fēng) 單點系泊設(shè)施的配置一直處于不適應(yīng)的局面?！斗里L(fēng)系船水鼓》(GJB1119.91)作用是保證超大型船舶防風(fēng)系泊安全。目前，我國 最新的防風(fēng)系船水鼓國家標(biāo)準(zhǔn)GJBl 119A-2006在GBJl 119-91的基礎(chǔ)上進(jìn)行了修訂，不過仍 然缺乏針對超大型船舶的浮筒式單點系泊抗臺標(biāo)準(zhǔn)，致使沿海地區(qū)抗臺的防風(fēng)單點系泊設(shè) 施建設(shè)仍處于一種比較困難的狀態(tài)，相當(dāng)一部分設(shè)施存在安全隱患。原標(biāo)準(zhǔn)暴露出的問題 越來越嚴(yán)重，存在諸多理論和應(yīng)用上的問題，主要表現(xiàn)在(1)現(xiàn)有的防臺浮筒式單點系泊系統(tǒng)研究多限于對非極端海況的小中型船舶或海 軍超大型船舶，未見對大型尤其是超大型船舶在以高風(fēng)速為主要特征的臺風(fēng)狀況下的單點 浮筒防臺系泊系統(tǒng)的研究。(2)隨著我國船舶的大型化和造船業(yè)發(fā)展，原標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能滿足使用要求。原標(biāo)準(zhǔn) 提供的超大型船舶系泊力表達(dá)式不全面，系泊力與船長和船寬成正比，而與型深有關(guān)的超 大型船舶受風(fēng)、受流面積等并無直接關(guān)系。(3)對臺風(fēng)作用下船舶運動規(guī)律、受力特征以及不同水文氣象條件對系統(tǒng)的響應(yīng) 缺乏科學(xué)的認(rèn)識。(4)由于受到海域風(fēng)載荷、波浪力、水流力等隨機因素的綜合影響而引起的錨鏈拉 力的隨機動態(tài)變化，尤其是在風(fēng)浪突變和災(zāi)害天氣下引起的最大瞬態(tài)拉力，上述受力的模 型復(fù)雜，模型參數(shù)需要通過實測數(shù)據(jù)檢驗和修正，在缺乏臺風(fēng)作用下的實測數(shù)據(jù)情況下，難 以建立準(zhǔn)確、科學(xué)的單點系泊和雙點系泊數(shù)學(xué)模型。(5)不同船型對浮筒系泊系統(tǒng)要求不一樣，模型存在一定的差異，而現(xiàn)有模型沒有 針對具體船型，針對性差，給實際運用帶來諸多不便。本發(fā)明主要針對超多型船舶，以30萬 噸油船為代表，針對性明星增強，模型的實用性也相應(yīng)加大。在防風(fēng)單點系泊系統(tǒng)中，船舶在風(fēng)浪流作用下產(chǎn)生的系泊力是實際應(yīng)用中最重要 的問題之一，如何合理地確定系泊力是研究的關(guān)鍵問題。關(guān)于單點系泊力計算，歐、美、日等 國都有各自的行業(yè)標(biāo)型，這些標(biāo)準(zhǔn)與論著都是以一定的水域環(huán)境為適用條件的，考慮因素 不一，計算公式迥異，計算結(jié)果也不一致，難于直接應(yīng)用，需通過物理模型進(jìn)行必要的驗證 或修正。綜上，鑒于目前大多數(shù)有關(guān)單點系泊系統(tǒng)的研究局限于靠泊裝卸作業(yè)，較少涉及 到防風(fēng)狀態(tài)的單點系泊，而已有的防風(fēng)單點系泊系統(tǒng)的研究成果不能滿足使用要求，尤其是對于超大型船舶的防風(fēng)單點系泊的研究資料少之甚少。因此，有必要在充分借鑒已有相 關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，對防風(fēng)單點系泊系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的進(jìn)一步采用實測試驗、數(shù)學(xué)仿真和物理模型試驗相結(jié)合的研究方法 對于超大型船舶的防風(fēng)單點系泊的系統(tǒng)加以研究；自主開發(fā)船舶在臺風(fēng)等極端環(huán)境條件 下、在浮筒系泊作用下超大型船舶運動受力數(shù)學(xué)模型。技術(shù)解決方案構(gòu)建單點系泊和雙點系泊數(shù)學(xué)模型，根據(jù)設(shè)計風(fēng)速、設(shè)計流速、設(shè) 計波浪和設(shè)計船型等設(shè)計條件，在系泊系統(tǒng)中各種設(shè)計工況組合下，分析船舶的可能的運 動狀態(tài)；并確定船舶在最不利狀態(tài)下，作用在船上的風(fēng)荷載、水流力、波浪力以及由其組合 而取得的系纜力和相應(yīng)的錨鏈；通過錨鏈力的實測，與數(shù)學(xué)模型進(jìn)行比對，確定單點系泊和 雙點系泊數(shù)學(xué)模型計算的科學(xué)性和合理性。單點系泊和雙點系泊方式主要由浮筒、錨鏈和 錨碇組成，單點系泊和雙點系泊數(shù)學(xué)模型主要涉及以下基本力學(xué)模型(1)船舶風(fēng)流作用力和系泊力模型該模型主要通過計算風(fēng)流對船體的作用力確定船舶通過錨鏈或纜繩向浮筒施加 的水平系泊力。(2)浮筒的垂向受力模型該模型主要根據(jù)防臺浮筒使用要求，確定浮筒所受浮力隨其吃水的變化率和變化 范圍的要求，從而為浮筒的尺度設(shè)計提供依據(jù)。(3)浮筒的水平恢復(fù)力模型該模型借助垂鏈線方程，確定浮筒的水平恢復(fù)力與水平位移之間的對應(yīng)關(guān)系，并 分析錨鏈長度、重量、水深等要素對上述關(guān)系的影響。(4)錨碇受力模型該模型用于確定錨鏈對錨碇的水平力、上拔力，錨碇的重力，海底摩擦力和巖土彈 性力的作用。其作用是為錨碇的重量和埋深等設(shè)計參數(shù)提供依據(jù)。通過運用上述模型，分析風(fēng)流耦合作用下大型船舶單點浮筒系泊系統(tǒng)受力，為防 臺浮筒設(shè)計提供參考依據(jù)。具體步驟如下1)受力模型系統(tǒng)及平衡力系的組成(1)風(fēng)對船體作用力及力矩Xa、Ya, Na的計算
權(quán)利要求
1.風(fēng)浪耦合作用下超大型船舶單點浮筒系泊系統(tǒng)受力分析法，其特征在于構(gòu)建單點 系泊和雙點系泊數(shù)學(xué)模型，根據(jù)設(shè)計風(fēng)速、設(shè)計流速、設(shè)計波浪和設(shè)計船型等設(shè)計條件，在 系泊系統(tǒng)中各種設(shè)計工況組合下，分析船舶的可能的運動狀態(tài)；并確定船舶在最不利狀態(tài) 下，作用在船上的風(fēng)荷載、水流力、波浪力以及由其組合而取得的系纜力和相應(yīng)的錨鏈；通 過錨鏈力的實測，與數(shù)學(xué)模型進(jìn)行比對，確定單點系泊和雙點系泊數(shù)學(xué)模型計算的科學(xué)性 和合理性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的受力分析法，其特征在于所述的數(shù)學(xué)模型確定風(fēng)對船體作 用力、流對船體作用力、波浪力的作用、海底作用力、船舶系纜力、船舶撞擊力以及沖擊載 荷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的受力分析法，其特征在于所述的單點系泊和雙點系泊方式 主要由浮筒、錨鏈和錨碇組成，單點系泊和雙點系泊數(shù)學(xué)模型涉及以下基本力學(xué)模型船舶 風(fēng)流作用力和系泊力模型；浮筒的垂向受力模型；浮筒的水平恢復(fù)力模型；錨碇受力模型。
全文摘要
本發(fā)明為風(fēng)浪耦合作用下超大型船舶單點浮筒系泊系統(tǒng)受力分析法，提出適合超大型船舶的單點浮筒防臺系泊系統(tǒng)系泊力數(shù)學(xué)模型，對臺風(fēng)環(huán)境下非定常運動受力狀態(tài)進(jìn)行辨識建模，并對船舶在無動力及臺風(fēng)環(huán)境干擾作用下的受力運動進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真試驗和實測驗證。通過單點系泊船模在風(fēng)、流、浪作用下的船舶運動物理模型試驗，為數(shù)學(xué)模型辨識建模提供所需的輸入輸出數(shù)據(jù)；通過研究船舶-浮筒運動規(guī)律，基于懸鏈線和二次拋物線理論，推導(dǎo)浮筒式防臺單點系泊系統(tǒng)系泊曲線，并分析各組成部分對系泊曲線的影響，解決單點浮筒防臺系泊系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)難題。
文檔編號B63B9/00GK102092460SQ20101061917
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者吳善剛, 周偉, 李松, 楊小軍, 肖英杰, 郭萬明 申請人:上海海事大學(xué)