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大型水面舰船耐波性仿真与评估应用软件设计

作　者: 高元迎
导　师: 丁勇
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 船舶运动耐波性性能预报模糊综合评判
分类号: U661.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

船舶耐波性是衡量船舶总体性能的重要衡准,其定义为：船舶在波浪的扰动下,产生各种运动、砰击、甲板上浪、失速、螺旋桨出水以及波浪弯矩等,仍能维持一定的航速在波浪中安全航行的性能。波浪的作用将对船舶的航行造成多方面的影响,诸如安全性、作业(作战)使用性、适居性等,且上述的影响都是有害的,因此,对于船舶在波浪中性能的研究越来越引起学者们的重视,这使得船舶耐波性这一学科的研究飞速发展。良好的耐波性设计在保障了船舶安全性的同时,更为船舶的运营带来了巨大的经济效益。船舶的耐波性是通过设计赋予的,随着船舶的大型化,在大型水面舰船设计的初始阶段以及详细设计阶段,如何评价其是否具有良好的耐波性已经成为大型水面舰船设计研究的一个重要课题,良好的耐波性设计不仅保证了船舶运营的安全性,同时也可为船舶的营运带来巨大的经济利益。现有的大型水面舰船耐波性设计主要建立在详细设计阶段,此阶段大型水面舰船的型线设计及船型基本要素已经取定若加入对耐波性的考虑后,对船型要素的更改势必会大大增加设计工作的工作量以及工作成本。现阶段还没有一种成型的方法可以在没有得到型线的设计初始阶段便可对大型舰船进行耐波性评价。因此,综合利用理论计算结果与试验结果得到大型水面舰船运动预估公式,对相似船型的船舶在设计初始阶段的耐波性能设计是非常有意义的。本文利用已有的耐波性理论研究成果,对大型舰船耐波性能进行了仿真并对大型舰船的耐波性指标及其应用进行了研究探索。首先,从船舶在波浪上的运动机理出发,在线性化假设下,把船舶的运动看作普通的刚体运动,在切片理论的基础上,得出船舶在规则波中的六个自由度的运动幅值响应函数；然后利用平稳随机过程的线性系统理论和海浪谱的描述,求解出了大型舰船在随机海浪中的各种耐波性因素的运动响应谱密度函数；接着利用数理统计学的知识计算并绘制了各个耐波性因素的有义值随船舶航向、航速变化曲线;在理论研究成果的基础上,通过编程生成大型水面舰船耐波性能仿真软件；并通过线性回归的数学处理方式得到了大型舰船运动估算模型,通过与试验值的对比证明了估算模型的可行性;最后,介绍了能够全面反映船舶耐波性品质的综合评价方法——模糊数学综合评估方法,并且应用该方法对船舶的耐波性综合品质进行了计算,整合计算结果并分析后得到了具有指导意义的结论。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-20
  1.1 本文研究的目的和意义  10
  1.2 船舶耐波性理论的研究进展  10-13
    1.2.1 船舶耐波性概述  10-12
    1.2.2 船舶耐波性理论研究进展  12-13
  1.3 船舶耐波性衡准综述  13-16
  1.4 船舶耐波性评价方法研究现状  16-19
  1.5 本文的主要工作  19-20
第2章船舶耐波性仿真原理  20-34
  2.1 随机函数的概念和特性  20-22
  2.2 平稳随机过程  22-23
  2.3 平稳随机过程的谱分析  23-26
    2.3.1 平稳随机过程的谱  23-25
    2.3.2 线性系统对平稳过程的响应  25-26
  2.4 切片法理论  26-27
  2.5 船舶运动方程  27-29
    2.5.1 基本坐标系和运动量的描述  27-28
    2.5.2 入射波的波面方程与遭遇频率  28
    2.5.3 船舶摇荡运动  28-29
  2.6 不规则波中船舶试航性能的短期预报  29-34
    2.6.1 海浪谱  29-30
    2.6.2 船舶运动、刚体加速度以及船波相对运动的短期预报  30-31
    2.6.3 船舶底部砰击、甲板上浪与螺旋桨出水计算  31-32
    2.6.4 平均增阻  32-34
第3章船舶耐波性仿真软件开发及应用  34-62
  3.1 软件开发过程  34
  3.2 耐波性数值仿真模型应用介绍  34-35
  3.3 软件界面  35-42
  3.4 具体算例  42-60
  3.5 本章小结  60-62
第4章大型水面舰船运动预估公式  62-68
  4.1 线性回归大型水面舰船运动预估公式  62-65
    4.1.1 船舶纵摇单幅有义值回归公式  62
    4.1.2 船舶垂荡单幅有义值回归公式  62-63
    4.1.3 船舶纵荡单幅有义值回归公式  63-64
    4.1.4 船舶艏摇单幅有义值回归公式  64-65
  4.2 应用经验公式具体算例  65-66
  4.3 本章小结  66-68
第5章基于模糊数学的船舶耐波性综合评估方法  68-80
  5.1 模糊数学理论  68-70
    5.1.1 模糊数学原理  68
    5.1.2 模糊集合  68-69
    5.1.3 模糊集的表示方法  69
    5.1.4 隶属函数的确定  69-70
  5.2 模糊综合评判理论  70-73
    5.2.1 因素集  70-71
    5.2.2 备择集  71
    5.2.3 模糊综合评判  71-73
    5.2.4 评判结果  73
  5.3 权数的确定  73-75
    5.3.1 统计方法  73-74
    5.3.2 成对比较法  74-75
  5.4 基于模糊数学综合评判方法的船舶耐波性评估  75-79
    5.4.1 耐波性综合评判  76
    5.4.2 耐波性综合评判计算  76-79
  5.5 本章小结  79-80
结论  80-82
参考文献  82-86
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的研究成果  86-88
致谢  88

大型水面舰船耐波性仿真与评估应用软件设计

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