WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

Со Чжо Ту

РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА НЕЛИНЕЙНЫХ СИЛ

ВТОРОГО ПОРЯДКА, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ КАЧКЕ СУДНА

НА МЕЛКОВОДЬЕ

Специальности: 05.08.01 – Теория корабля и строительная механика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2014 2

Работа выполнена на кафедре теории корабля ФГБОУ ВПО «СанктПетербургский государственный морской технический университет».

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент, Семенова Виктория Юрьевна

Официальные оппоненты Ваганов Александр Борисович, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры « Аэрогидродинамика, прочность машин и сопротивление материалов»

ФГБОУ ВПО « Нижегородский государственный технический университет им.

Р.Е. Алексеева»

Магаровский Вячеслав Валерьевич, кандидат технических наук, ФГУП «Крыловский государственный научный центр», начальник отделения перспективного развития экспериментальной базы.

Ведущая организация ФАУ «Российский морской регистр судоходства», г.

Санкт-Петербург.

Защита состоится 17 июня 2014_ в _16: на заседании диссертационного совета Д.212.228.01, созданного на базе СПбГМТУ по адресу: г. Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, д. 3, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте СПбГМТУ http://www.smtu.ru Автореферат разослан Отзывы просим направлять в 2-х экземплярах по адресу:

по почте – 190008, г. Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, д. 3, СПбГМТУ (отдел ученого секретаря).

при наличии электронной подписи – e-mail: disser@smtu.ru

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук А.И. Гайкович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Основным этапом при оценке мореходности современного судна является определение характеристик его движения на волнении, базирующееся на решении соответствующих дифференциальных уравнений. Уточнение структуры данных уравнений и повышение точности расчетов характеристик мореходности возможно при учете нелинейных гидродинамических сил высших порядков малости, значительное влияние которых доказано опытом эксплуатации и многочисленными экспериментальными исследованиями.

Умение определять нелинейные гидродинамические силы дает возможность исследовать взаимодействие различных видов качки, представить законы движения судна в полигармоническом виде и выявить наличие супергармонических резонансных режимов.

Экспериментальные и теоретические исследования указывают на необходимость учета нелинейных периодических сил второго порядка, пропорциональных квадрату волновых высот. До настоящего времени задача определения данных нелинейных сил, возникающих при качке судна на регулярном волнении с учетом нелинейных граничных условий на свободной поверхности жидкости и на смоченной поверхности полностью решена в двумерной постановке для случая жидкости бесконечной глубины.

Между тем, одним из важнейших вопросов мореходности является определение гидродинамических характеристик судна и амплитуд его качки в условиях мелководного фарватера. Влияние дна водоема ведет к существенному изменению суммарных гидродинамических сил, действующих на судно со стороны окружающей его жидкости, увеличению амплитуд отдельных видов качки, смещению резонансных режимов.

Становится очевидным, что задача определения нелинейных сил второго порядка при качке судна в жидкости ограниченной глубины является актуальной и обладает научной новизной.

ЦЕЛЬЮ настоящей диссертационной работы является разработка метода и соответствующей программы расчета нелинейных сил второго порядка, возникающих при колебаниях судна в жидкости ограниченной глубины и определение соответствующих амплитуд качки.

Достижение данной цели требует решения следующих задач :

Постановка и решение нелинейной плоской задачи о поперечной качке контура на регулярном волнении в жидкости ограниченной глубины с учетом нелинейных граничных условий на свободной поверхности жидкости и на контуре ; разработка на основании методов малого параметра и интегральных уравнений метода расчета нелинейных сил второго порядка ;

Проведение сравнительных и систематических расчетов нелинейных сил, действующих на различные контура; исследование влияния мелководья и геометрических параметров контура на данные силы ;

Разработка методики расчета качки судна с учетом нелинейных сил и оценка ее Исследование супергармонических резонансных режимов, обусловленных нелинейными силами второго порядка ;

Проведение систематических расчетов ускорений в различных точках судна при качке с учетом нелинейных сил второго порядка.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.В диссертации использованы аналитические методы гидродинамической теории качки, методы вычислительной математики.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА:

1. Разработан расчетный метод для определения нелинейных сил, возникающих при качке шпангоутного контура на мелководье с учетом нелинейных граничных условий на свободной поверхности жидкости и на контуре ;

2..Впервые проведено исследование влияние мелководья на различные категории нелинейных сил и моментов ;

3. Предложен алгоритм расчета качки судна на мелководье с учетом нелинейных сил второго порядка в условиях регулярного и нерегулярного волнения.

4. Проведено систематическое исследование влияния нелинейных сил на амплитуды качки и ускорений судна в условиях мелководного фарватера.

ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ И ВЫВОДОВ подтверждается корректностью математических выкладок, обоснованностью используемых допущений, результатами экспериментальной проверки разработанных методов и алгоритмов, сравнением с некоторыми результатами других авторов.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ Основным практическим результатом данной диссертации является разработка расчетного метода и соответствующей программы для определения нелинейных сил второго порядка и соответствующих им амплитуд качки судов..

Теоретические положения работы, а также полученные в ней практические результаты могут быть использованы :

1) в задачах нормирования остойчивости судов смешанного типа «река-море»;

2)для решения других проблем безопасности мореплавания, таких как: оценка заливаемости палубы, оголения днища, анализ движения судов в штормовых условиях в условиях фарватера ограниченной глубины.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ Результаты работы были внедрены на кафедре теории корабля СПбГМТУ и в Российском морском регистре судоходства.

АППРОБАЦИЯ РАБОТЫ Основные положения и результаты диссертации были доложены на конференции НТК XLV “Крыловские Чтения” (Проблемы мореходных качеств судов и корабельной гидродинамики), С.- Петербург ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 5 работ. Из них 1 работа в личном авторстве, доля автора в остальных 50%. В рецензируемых научных изданиях перечня Минобрнауки России опубликованы 4 статьи. Из них 1 работа в личном авторстве, доля автора в остальных- 50%.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, списка литературы, включающего 66 наименований. Общий объем работы составляет 155 страницу, в том числе 87 рисунков и 2 таблицы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

1. Метод расчета нелинейных сил, действующих при качке шпангоутного контура в условиях мелководья.

2. Результаты исследования влияния мелководья на нелинейные силы различных 3. Методика и анализ результатов расчетов качки и ускорений судна с учетом нелинейных сил в условиях мелководья.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введенииобосновывается актуальность темы диссертации, формулируются цели и основные задачи исследований, приводится краткое содержание работы по главам.

В первой главе дается обзор работ, посвященных методам расчета нелинейных сил второго порядка; проводится анализ полученных в данных исследованиях результатов;

обосновываются цели исследования.

Решение задачи определения нелинейных сил второго порядка, возникающих при качке судна на регулярном волнении с учетом нелинейных граничных условий на свободной поверхности жидкости и на смоченной поверхности рассмотрено в работах PotashR., PapanikolaoA., LeeC.M., Семеновой В.Ю. К настоящему времени данная задача полностью решена в двумерной постановке для случая жидкости бесконечной глубины.

Количество работ, посвященных определению нелинейных сил второго порядка в жидкости конечной глубины, весьма ограничено.

Так, в работе китайских исследователей Wuzhou,Yishan было рассмотрено определение нелинейных периодических сил второго порядка, возникающих при вертикальных и горизонтальных колебаниях контура. Однако, для учета нелинейного граничного условия на свободной поверхности ими использован упрощенный подход, не обеспечивающий достаточную точность.

В работе Goren определение нелинейных сил, возникающих при колебаниях круглого цилиндра в жидкости ограниченной глубины основано на методе сращивания решений, получаемых во внешней и внутренней зонах. Автором приводятся только расчеты нелинейных вертикальных сил, возникающих при вертикальных колебаниях круглого цилиндра для h в сравнении с расчетами Lee.Ни в одной из рассмотренных работ не проводилось исследование влияния изменения глубины на значения нелинейных сил.

В работе TaylorE. определяются нелинейные силы второго порядка при диффрации волн от неподвижного контура на мелководье. По результатам работы Taylor становится очевидным, что уменьшение глубины водоема будет приводить не только к увеличению дифракционных нелинейных сил, но и всех остальных составляющих, например, нелинейных сил, обусловленных взаимодействием различных видов колебаний с набегающим и дифракционным волнением.

Таким образом, анализ рассмотренных работ позволил сделать следующие выводы :

Использование комбинированного метода, основанного на конформном преобразовании контуров и методе гидродинамических особенностей для решения нелинейной задачи второго порядка в случае жидкости конечной глубины сопряжено со значительными вычислительными трудностями. Предпочтительным оказывается метод интегральных уравнений;

Уменьшение глубины способствует увеличению нелинейных сил, что в свою очередь приведет к увеличению амплитуд качки в условиях супергармонических Влияние мелководья на различные категории нелинейных сил недостаточно В связи с вышеизложенным, основной целью настоящей диссертационной работы является разработка метода и соответствующей программы расчета нелинейных сил второго порядка, возникающих при колебаниях судна в жидкости ограниченной глубины и определение соответствующих амплитуд качки.

Во второй главеформулируется и решается плоская нелинейная задача о качке контура в жидкости ограниченной глубины с учетом нелинейных граничных условий. Приводится описание численного метода решения. Рассматривается метод решения системы дифференциальных уравнений качки с учетом определенных нелинейных сил.

В параграфе 2.1 рассматривается общая постановка плоской нелинейной задачи о качке контура на регулярном волнении в жидкости ограниченной глубины.

В параграфе 2.2 приводится описание разработанного метода расчета нелинейных сил..Для решения поставленной задачи используются методы малого параметра и интегральных уравнений. Согласно методу малого параметра вводится 4 малых параметра, характеризующих амплитуды отдельных видов колебаний и волнения (1) Тогда потенциалы первого и второго порядков могут быть представлены в виде следующих суперпозиций :

Все потенциалы первого порядка определяются на основании решения соответствующих линейных задач.

Потенциал второго порядка набегающего волнения ( ) i a w cosh ( h) e i сингулярен ( при ( ) ) и согласно TaylorE. не имеет физического смысла, являясь погрешностью теории Стокса. В связи с этим, в настоящей работе принято допущение о том, что система набегающего волнения линейная и описывается потенциалом набегающего волнения первого порядка.

Потенциалы второго порядка, входящие в (4) должны удовлетворять уравнению Лапласа, граничным условиям на свободной поверхности :

При m, k 2,3,4; m k Когда m=k=7:

В случае m=2,3,4; k=0+7:

И граничным условиям на контуре Для определения потенциалов второго порядка в работе используется метод интегральных уравнений, согласно которому каждый потенциал определяется на основании решения соответствующей системы интегральных уравнений:

Функция Грина второго порядка имеет вид где 04 определяется из уравнения 04 tanh 04 h 4v, а k 4 являются положительными корнями уравнения k 4 tan k 4 h 4v.

Наибольшие трудности при решении данной задачи представляет вычисление интеграла, учитывающего нелинейное граничное условие на свободной поверхности жидкости, связанное с осциллирующим характером функций, на бесконечном удалении от контура.

На бесконечном удалении от контура, согласно условию излучения, потенциалы первого порядка имеют следующие пределы:

(1) iAm ei (01 m ), Am-амплитуда, m-фаза, m=2,3, Подстановка (17) в граничные условия на свободной поверхности даст:

где lim Таким образом, все граничные условия на свободной поверхности на бесконечном удалении от контура представляют собой осциллирующие функции с постоянной амплитудой, а интегралы становятся расходящимися. Для их определения и корректного учета нелинейного граничного условия на свободной поверхности предлагается специальный прием.

Вводится обозначение интеграла :

Wmk ) При этом Wmk Функции Wm, 07 представляются в виде суперпозиции трех составляющих, а виде двух:

Wm,07 Wm,071 Wm,07 2 Wm,07 3 ; Wmm Wmm1 Wmm2 ; Wmk Wmk1 Wmk2.

Учитывая выражения ( 21 ), для каждой функции получим:

Wm, Wm, Wmm Wmk Для функций Wm,071, Wmm1 Wmk1 пределы на бесконечности равны нулю. Следовательно, для их вычисления можно использовать выражение(20).

Решения для функций Wm,0 7 3 в случаях, когда предел граничного условия на свободной поверхности жидкости на бесконечном удалении от контура равен постоянной функции, хорошо известны из теории волн Wm,0 Решения для функций Wm,072, Wmm2, Wmk 2 в случаях, когда предел граничного условия на свободной поверхности жидкости равен постоянной осциллирующей функции имеет вид:

Таким образом, решения для искомых функций будут определяться как сумма решений для всех введенных вспомогательных функций. Используемое решение позволяет обойти несобственность интегралов и корректно учесть нелинейные граничные условия на свободной поверхности.

Общие выражения для нелинейных сил второго порядка имеют вид :

где С другой стороны, на основании метода малого параметра Подстановка разложений для потенциала (2) в (25) и группировка составляющих при одинаковых степенях малого параметра позволяет получить выражения для каждой составляющей силы и момента (26).

В параграфе 2.3 рассматривается использование изложенного метода для определения нелинейных сил и моментов при различных курсовых углах.

Для решения задачи о нелинейной качке на косом курсе вводится в рассмотрение еще малых параметров, характеризующих относительную малость килевых колебаний и рысканья Потенциал скорости движения жидкости второго порядка малостив этом случае будет иметь вид:

Сравнение граничных условий на контуре для потенциалов, обусловленных килевой качкой и рысканьем с граничными условиями для потенциалов вертикальной и горизонтальной качки позволяет получить следующие выражения :

При наличии скорости хода изменяется также поведение граничных условий на свободной поверхности на бесконечном удалении от судна. Данные пределы будут представлять собой сложные осциллирующие функции следующего вида:

Выражения для суммарных сил и моментов на косых углах будут иметь вид :

FV( 2 ) FV( 22 FV( 44 FV(55 FV(35 FV(33 FV( 24 FV( 26 FV( 64 FV( FV( 77 FV( 2,)0 7 FV(3,)0 7 FV( 4,)0 7 FV(5,)0 7 FV( 6,)0 7 ;

С учетом нелинейных сил второго порядка, система дифференциальных уравнений качки судна имеет вид:

( JYY Решение системы имеет бигармонический вид:

Одним из практических приложений рассмотренной задачи является определение ускорений в произвольной точке судна с учетом нелинейных факторов. Расчет ускорений осуществляется следующим образом m mA sin(k t m) ) mA) sin(2k t m) ) ;

В параграфе 2.4 рассматривается применение разработанного теоретического метода к расчетам качки на нерегулярном волнении Согласно теории нелинейных колебаний амплитудно-частотные характеристики отдельных видов качки с учетом амплитуд вторых гармоник определяются следующим образом:

Амплитудно-частотные характеристики, определяемые согласно вышеприведенным выражениям, представляют собой линеаризированные величины к которым может быть применен спектральный метод.

Тогда, расчет спектральных характеристик отдельных видов качки производится по следующим формулам:

В качестве спектра ординат волнения S W ( ), учитывающего влияние мелководья используется спектр TMA [ где (, h) -корреляционная функция, предложенная Китайгородским для учета влияния ограниченной глубины:

S w (, ) - спектр для жидкости бесконечной глубины, например спектр JONSWAP В третьей главе проводится апробация результатов, полученных при использовании разработанного метода и соответствующей программы, а также систематическое исследование влияния мелководья и геометрических параметров контуров на различные категории нелинейных сил.

В параграфе 3.1 проводится апробация результатов и исследование влияния мелководья на нелинейные силы.

В целях апробации разработанного метода и программы, расчеты нелинейных сил при относительной глубине h/T=6 были сопоставлены с соответствующими расчетами Семеновой В.Ю. для бесконечно-глyбокой жидкости. Некоторые силы для круглого и U-образного контуров были сопоставлены с экспериментальными данными Tasai и расчтами Potash (рис.1). Из всех приведенных сопоставлений видно отличное согласование результатов FV FH FV MX В целях исследования влияния мелководья на различные категории нелинейных сил, проводились расчеты для контуров различной формы : круглый, эллиптический, прямоугольный, U-образный.Характерные результаты приведены на рис.2.

Полученные результаты показали, что все нелинейные силы и моменты возрастают при уменьшении h/T, независимо от формы контура. Наиболее интенсивное возрастание нелинейных сил происходит в области безразмерных частот Kb 1, что связано с большей разницей между волновыми числами 0 и при низких значениях частот. С увеличением частоты разница между 0 и уменьшается и в области Kb 1 зависимость нелинейных сил от изменения h/T становится достаточно слабой.

При использовании метода интегральных уравнений возникают хорошо известные, связанные с данным методом, «нерегулярные» частоты. При расчетах нелинейных горизонтальных сил и моментов они возникают для Kb=0,8-0,9, а при расчетах вертикальных сил для Kb=0,4-0,6 в зависимости от коэффициента полноты контура. С уменьшением относительной глубины их влияние становится интенсивнее. Поэтому, при расчетах качки судна с учетом нелинейных сил необходимо проводить корректную интерполяцию значений всех сил в области нерегулярных частот.

В параграфе 3.2рассматривается исследование влияния различных параметров шпангоутов на значения нелинейных сил. С этой целью, были проведены расчеты четырех групп контуров. В первой группе при постоянном отношении В/2T изменялся коэффициент полноты от 0.5 до 1. В остальных трех группах ( эллиптической, U-образной и серии шпангоутов Портера) при постоянном изменялось отношение В/2T.Расчеты всех четырех групп контуров проводились для различных значений h/T.

На рис3. представлены результаты расчетов нелинейных сил и моментов в зависимости от изменения отношения B/T контура FH Анализ полученных результатов показал, что:

Все нелинейные периодические горизонтальные силы и моменты уменьшаются при увеличении отношения B/2T независимо от формы шпангоута и значения Большинство вертикальных нелинейных сил, наоборот, значительно увеличивается при увеличении отношения полуширины к осадке контура;

Изменение коэффициента полноты площади шпангоута различным образом влияет на отдельные составляющие нелинейных периодических сил и моментов. Его увеличение приводит к уменьшению одних составляющих и к увеличению других, что затрудняет сделать общие выводы.

В четвертой главеизложен анализ результатов расчетов качки судна на мелководье с учетом нелинейных сил второго порядка. Проводится оценка влияния мелководья на амплитуды различных видов качки на примере разных типов судов, исследование супергармонических резонансных режимов, систематические результаты расчетов ускорений судна с учетом нелинейных сил.

Расчеты качки проводились для следующих судов В целях апробации разработанной программы расчета амплитуды поперечных видов качки двух транспортных судов при относительной глубине h/T=5 были сопоставлены с соответствующими расчетами Семеновой В.

Ю, а также с расчетами по программе, реализующей решение задачи для бесконечно-глубокой жидкости ( рис.4 ) Из приведенных сравнений видно практически полное согласование результатов, полученных различными методами между собой за исключением амплитуд первых и вторых гармоник поперечно-горизонтальной качки в области низких частот. При решении задачи о качке судна в жидкости ограниченной глубины амплитуды первых гармоник поперечногоризонтальной качки стремятся к бесконечности( g / aw ) когда частота стремится к нулю ( 0 ), что подтверждается расчетами и экспериментальными исследованиями Takaki, Papanikolaou и другими авторами. Та же тенденция наблюдается и для амплитуд вторых зависимости нелинейных сил от амплитуд первых гармоник.

Рис.4. АЧХ первых и вторых гармоник поперечно-горизонтальной, вертикальной и бортовой качки В параграфе 4.1 проводится анализ результатов расчетов амплитуд вторых гармоник различных видов качки на мелководье на регулярном волнении.

В работе проводилось исследование влияния изменения относительной глубины h / T на значения амплитуд первых и вторых гармоник отдельных видов качки при различных курсовых углах. Характерные результаты приведены на рис.5.

Рис.5. АЧХ первых и вторых гармоник вертикальной, бортовой и поперечно-горизонтальной качки Анализ полученных результатов позволил сделать следующие выводы:

1) Амплитуды вторых гармоник поперечно-горизонтальной, вертикальной, килевой качки и рысканья увеличиваются в области частот 0,8 при уменьшении относительной глубины, что связано в первую очередь с увеличением всех категорий нелинейных сил.

При этом возрастание амплитуд вторых гармоник сильнее проявляется для судов с малой осадкой ;

2) Амплитуды вторых гармоник бортовой качки по разному зависят от изменения h/T и могут даже уменьшаться при его увеличении, что объясняется увеличением коэффициента демпфирования бортовой качки при уменьшении h/T;

3) Для АЧХ бортовой, вертикальной и килевой качки, вычисленных с учетом нелинейных сил в отличие от АЧХ, полученных по линейной теории, характерно наличие супергармонических резонансов. Данные резонансы имеют место в области частот волнения, в два раза меньших собственных частот данных видов качки и обусловлены наличием бигармонических сил и моментов второго порядка ;

4) Наибольшее влияние нелинейных сил проявляется в зонах супергармонических резонансов бортовой и вертикальной качки при расположении судна лагом и может превышать 50% Отдельно в работе была выполнена оценка влияния бортовой качки. Для этого расчеты амплитуд вторых гармоник были проведены без учета составляющих нелинейных сил, зависящих от бортовой качки Характерные результаты приведены на рис.6. Из приведенных графиков видно, что отсутствие учета составляющих вертикальной силы, обусловленных бортовой качкой, приводит к резкому уменьшению значений амплитуд вторых гармоник g(2) в зоне основного резонанса бортовой качки. При выполнении расчетов на косых курсовых углах без учета влияния бортовой качки происходит также уменьшение амплитуд килевой качки. На рис.6 также показано определение суммарных значений амплитуд различных видов качки согласно формулам (32) Рис.6.АЧХ вертикальной и бортовой качки танкера Баскунчак при h/T=2.5 и =90.

В работе проведено исследование влияния скорости хода на амплитуды вторых гармоник различных видов качки. Для этого расчеты качки различных типов судов проводились для чисел Фруда Frн =0.25 и Frн =0.55 ибыли сопоставлены с расчетами для Frн =0. Типичные результаты расчетов для различных судов и отношений h/T приведены на рис.7,8. Анализ полученных результатов для различных курсовых углов и относительных глубин, показал, что:

1) в случае расположения судна лагом увеличение скорости хода приводит к уменьшению влияния нелинейных периодических сил в области супергармонических резонансных режимов бортовой и вертикальной качки независимо от глубины фарватера. Данное явление обусловлено увеличением демпфирования бортовой качки и вытекающим отсюда уменьшением влияния амплитуд первой гармоники (1) на значения 2) При увеличении скорости на встречном волнении происходит увеличение вторых гармоник вертикальной и килевой качки. При уменьшении глубины наблюдается интенсивный рост амплитуд вторых гармоник g в области низких частот 0.4.

Соответственно, именно в этой области имеет место максимальное влияние нелинейных сил при определении суммарных АЧХ 3) На косых курсовых углах амплитуды вторых гармоник всех поперечных видов качки ( (2), (2) и g ) уменьшаются при увеличении скорости хода. Амплитуды вторых гармоник вертикальной и килевой качки g и (2) уменьшаются только в зонах основных резонансов бортовой качки с увеличением скорости. На всех остальных частотах при наличии скорости хода происходит увеличение амплитуд g и (2), что связано как с увеличением амплитуд первых гармоник этих видов качки так и с увеличением отдельных составляющих нелинейных сил и моментов..

Рис.7 АЧХ вертикальной и бортовой качки танкера Баскунчак в зависимости от изменения скорости хода при h/T=2 и = Рис.8. АЧХ вертикальной и килевой качки танкера Баскунчак в зависимости от изменения скорости В параграфе 4.2 приводится анализ расчетов ускорений в произвольных точках судна с учетом нелинейных сил.

С целью анализа влияния нелинейных гидродинамических сил на ускорения проводились расчеты вертикальных и горизонтальных составляющих ускорений в точке на борту судна m (0,B/2, H) при качке судна лагом и без хода и в точке m2 (L/2,0,H) на носовом перпендикуляре при движении с относительной скоростью Frн =0.25 на встречном регулярном волнении.На рис.9,10 приведены характерные результаты расчетов вертикальных и горизонтальных ускорений.

Анализ полученных результатов показал, что учет нелинейных сил, оказывает значительное влияние на ускорения в области низких частот 0.8. В этой области нелинейные составляющие горизонтальных ускорений могут быть в 24 раза больше соответствующих линейных составляющих mA Это обусловлено ростом значений амплитуд вторых гармоник поперечно-горизонтальной качки в этой зоне частот, а также тем, что нелинейные ускорения пропорциональны множителю Рис.9 Значения линейных и нелинейных вертикальных и горизонтальных ускорений сухогруза Новгород в точке m1 ( 0,B/2,H-T) при h/T=2 и =90.

0, 0, 0, 0, Рис.10. Значения линейных и нелинейных вертикальных ускорений танкера Баскунчак Расчеты вертикальных ускорений на носовом перпендикуляре при движении на встречном волнении показали значительно меньшее влияние нелинейных факторов, что объясняется отсутствием влияния поперечно-горизонтальной и бортовой качки. Максимальное влияние нелинейных сил отмечается в области частот 0,7. В этой области значения суммарных вертикальных ускорений могут быть в 2 3 раза больше ускорений (1), определенных без учета влияния нелинейных факторов.

В параграфе 4.3 приводится анализ расчетов качки и ускорений на нерегулярном волнении.Проведенные расчеты на нерегулярном волнении показали незначительное влияние нелинейных сил на амплитуды качки при уменьшении глубины (рис.11). Это обусловлено тем, что спектр ТМА, используемый в расчетах, резко уменьшается с уменьшением глубины.

И тем самым, подавляет влияние нелинейных сил.

Иначе обстоит дело с расчетом ускорений на нерегулярном волнении. Значительное влияние нелинейных факторов на вертикальные и горизонтальные ускорения на регулярном волнении проявляется и при расчетах на нерегулярном волнении.

Анализ полученных результатов показал значительное влияние нелинейных сил на ускорения при увеличении балльности волнения. Так, вертикальные ускорения A 3%2, полученные по нелинейной теории могут в 2 раза превышать соответствующие линейные ускорения (рис.12). Горизонтальные ускорения A 3%2, полученные с учетом влияния нелинейных сил превышают линейные ускорения A 3% в 1.2 -1.4 раза. То же самое можно сказать и про вертикальные ускорения на носовом перпендикуляре.

Рис.11. Амплитуды 3% обеспеченности поперечно-горизонтальной, вертикальной качки танкера Баскунчак, Рис.12. Линейные и нелинейные вертикальные и горизонтальные ускорения сухогруза Новгород в точке m

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, основные результаты настоящей диссертационной работы заключаются в следующем :

1) На основании использования методов малого параметра и интегральных уравнений решена плоская задача о поперечной качке контура на регулярном волнении в жидкости ограниченной глубины с учетом нелинейных граничных условий на свободной поверхности жидкости и на контуре. Разработан метод и программа расчета нелинейных сил второго порядка, возникающих при колебаниях контура. Полученные результаты расчетов нелинейных сил показали возможность корректного учета нелинейного граничного условия на свободной поверхности жидкости при помощи специального способа.

3) На основании проведенных систематических расчетов нелинейных сил второго порядка выполнено исследование влияния изменения глубины. Показано, что все составляющие нелинейных сил и моментов без исключения возрастают при уменьшении относительной глубины, независимо от формы шпангоутного контура.

4) Выполнено исследование влияния параметров контуров на значения нелинейных гидродинамических сил. Показано различное влияние изменения коэффициента полноты площади контура и отношения полуширины к осадке на амплитудные значения различных категорий нелинейных сил на мелководье и связанная с этим необходимость учета всех их составляющих при оценке суммарного силового воздействия на контур.

5) Разработан алгоритм и программа расчета качки судов с учетом нелинейных сил второго порядка. Проведенные исследования и систематические расчеты качки различных типов судов показали, что :

Наличие нелинейных периодических сил второго порядка приводит к возникновению супергармонических резонансных режимов бортовой, вертикальной и килевой качки. В зоне данных режимов наблюдается максимальное влияние нелинейных факторов, которое может превышать 50 %;

Уменьшение относительной глубины h/T приводит к значительному росту амплитуд вторых гармоник всех видов качки.

6) В качестве практического приложения, разработан алгоритм расчета ускорений, возникающих в различных точках судна с учетом нелинейных сил. Показано, что ускорения на регулярном волнении, полученные с учетом нелинейных факторов, многократно превосходят соответствующие значения ускорений, полученных по линейной теории.

7) Проведены систематические расчеты качки и ускорений с учетом нелинейных сил на нерегулярном волнении. Анализ полученных результатов показал необходимость учета нелинейных сил при расчете горизонтальных и вертикальных ускорений судна, где их влияние может достигать 40 %.

Полученные в работе теоретические результаты являются новыми, представляют практическую ценность и могут быть использованы в задачах нормирования остойчивости и оценке прочности судов в условиях мелководного фарватера.

Список публикаций по теме диссертации:

В изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ:

1) Со Чжо Ту. Расчет нелинейных гидродинамических сил и моментов второго порядка, возникающих при колебаниях шпангоутных контуров на регулярном волнении в жидкости ограниченной глубины. Морской вестник, Труды СПбГМТУ, выпуск N (124), с.28-31( автор-100%) 2) Со Чжо Ту,Семенова В.Ю. Определение нелинейных сил второго порядка, возникающих при поперечной качке контура на тихой воде в условиях мелководья.

Морские интеллектуальные технологии, N2(16),2012, с.22-26 ( автор-50%) 3) Со Чжо Ту,Семенова В.Ю. Расчет нелинейной поперечной качки судна на мелководье. Морские интеллектуальные технологии, N2(20),2013, с.28-33 (автор -50%) 4) Со Чжо Ту,Семенова В.Ю. Исследование влияния нелинейных сил на амплитуды качки на косых углах волнения в условиях мелководного фарватера.Морские интеллектуальные технологии, N2(24),2014, с.3-8 (автор -50%) Прочие издания:

5) Со Чжо Ту, Семенова В.Ю. Определение амплитуд поперечной качки судна на мелководье с учетом нелинейных сил второго порядка. Материалы Всероссийской научно-практической конференции ( с международным участием) «Наследие Академика А.Н. Крылова: История и современность», Чебоксары 2014, с.148-154 (автор Издательство СПбГМТУ, Лоцманская, Подписано в печать 03.04.2014. Зак. 4640. Тир.100. 1,1 печ. л.



Похожие работы:

«Булатицкий Дмитрий Иванович УПРАВЛЕНИЕ ЗНАНИЯМИ В СИСТЕМЕ МЕНЕДЖМЕНТА КАЧЕСТВА ОРГАНИЗАЦИИ Специальность 05.02.23 – Стандартизация и управление качеством продукции АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Брянск 2010 2 Работа выполнена на кафедре Управление качеством, стандартизация и метрология и кафедре и программное обеспечение Информатика ГОУ ВПО Брянский государственный технический университет доктор технических наук, профессор...»

«ЧУЛИН ИЛЬЯ ВЯЧЕСЛАВОВИЧ ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ СБОРНЫХ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ФРЕЗ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ОСТРЯКОВ Специальность 05.02.07 Технология и оборудование механической и физико- технической обработки Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2011 Работа выполнена в ГОУ ВПО Московский государственный технологический университет СТАНКИН Научный руководитель Доктор технических наук, профессор Гречишников Владимир Андреевич...»

«Туркин Александр Владимирович ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГРУЗОВЫХ СИСТЕМ ТАНКЕРОВ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА РИСКА Специальность: 05.08.05 – Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новороссийск – 2011 Работа выполнена в ФГОУ ВПО Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф. Ушакова. Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Берёза Ирина...»

«Фирсова Юлия Александровна СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА КОЛЬЦЕВЫХ СБОРНЫХ КАМЕР ЦЕНТРОБЕЖНЫХ КОМПРЕССОРОВ НА БАЗЕ ИХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ И МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ Специальность 05.04.06 – Вакуумная, компрессорная техника и пневмосистемы АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ на соискание ученой степени кандидата технических наук Казань – 2009 Работа выполнена в Казанском государственном технологическом университете. Научный руководитель : доктор технических наук,...»

«ПЛОТНИКОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДИЗЕЛЕЙ ПУТЕМ СОЗДАНИЯ НОВЫХ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТОПЛИВ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТОПЛИВОПОДАЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ Специальность: 05.04.02 - тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Нижний Новгород 2011 2 Работа выполнена в Кировском филиале Московского государственного индустриального университета Научный консультант : доктор технических наук, профессор Карташевич...»

«МАЙОРОВ Владимир Сергеевич ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ Специальность 05.02.18 – Теория механизмов и машин АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2011 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Петербургский государственный университет путей сообщения на кафедре Теория механизмов и робототехнические системы. Научный...»

«Савельев Николай Вячеславович ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ РАБОТЫ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА РАСЧЕТА ДИНАМИЧЕСКИ НАГРУЖЕННЫХ ШАРНИРОВ СКОЛЬЖЕНИЯ ШПИНДЕЛЕЙ ПРОКАТНЫХ СТАНОВ Специальность 05.02.13 – машины, агрегаты и процессы (металлургического производства) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новокузнецк 2011 г. Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Сибирский...»

«Сипатов Алексей Матвеевич Методология расчетного анализа нестационарных трехмерных процессов в авиационных двигателях 05.07.05 – Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Пермь – 2010 2 Работа выполнена в ОАО “Авиадвигатель”, г. Пермь. Научный консультант : Заслуженный деятель науки РФ, доктор физико-математических наук, профессор, Соколкин Юрий...»

«Мамонтов Андрей Игоревич ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ИЗНОШЕННЫХ СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ МЕТОДОМ УСТАНОВКИ НАКЛАДНЫХ ЛИСТОВ 05.08.04 - Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Владивосток 2008 1 Работа выполнена в Дальневосточном государственном техническом университете (ДВПИ им. В.В. Куйбышева) Научный руководитель Заслуженный работник высшей школы РФ, доктор...»

«Митина Мария Владимировна СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ УСТАНОВОК СКВАЖИННОГО ШТАНГОВОГО НАСОСА НА ЭТАПЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ CALS-СРЕДЫ 05.02.23 – Стандартизация и управление качеством продукции АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2012 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина. Научный руководитель доктор технических наук, профессор,...»

«МАННАПОВ Альберт Раисович РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ УПЛОТНЕНИЙ ГАЗОВОЗДУШНОГО ТРАКТА ГТД МЕТОДОМ ИМПУЛЬСНОЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ специальность 05.07.05 – Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Уфа-2009 Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Уфимский государственный...»

«ПАШИН Александр Александрович СИНТЕЗ АСИНФАЗНЫХ МНОГОПОТОЧНЫХ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ ДЛЯ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ СИЛОВЫХ ПРИВОДОВ МАШИН Специальность 05.02.02 – Машиноведение, системы приводов и детали машин АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Тула – 2011 2 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Тульский государственный университет на кафедре Проектирование...»

«ОВЕЧКИН ЛЕОНИД МИХАЙЛОВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК С УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТОЙ СТРУКТУРОЙ НА ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАВНОКАНАЛЬНОГО УГЛОВОГО ПРЕССОВАНИЯ Специальность 05.02.09 – Технологии и машины обработки давлением Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2012 2 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском...»

«Шевелёв Денис Владимирович ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ ТЕЧЕНИЯ РАБОЧЕГО ТЕЛА И ХАРАКТЕРИСТИК ГИДРОПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Специальность 05.04.12 Турбомашины и комбинированные турбоустановки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Калуга 2007 Работа выполнена на кафедре тепловых двигателей и теплофизики в ГОУ ВПО Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, Калужский филиал и в ЗАО Научно-производственное...»

«Печенникова Дарья Сергеевна ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КАТАЛИТИЧЕСКИХ НЕЙТРАЛИЗАТОРОВ 05.08.05 Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул 2013 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Алтайский государственный технический университет им. И.И.Ползунова (АлтГТУ) Научный руководитель : доктор технических наук,...»

«МЕЛЬНИК ИВАН СЕРГЕЕВИЧ РЕГУЛИРОВАНИЕ ТРАНСПОРТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ ИЗМЕНЕНИЕМ ИХ РАБОЧИХ ОБЪЁМОВ Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.04.02 – тепловые двигатели Москва, 2013 1 Работа выполнена на кафедре теплотехники и тепловых двигателей Российского университета дружбы народов. Научный руководитель : Заслуженный работник высшей школы РФ, доктор...»

«ЗАКИРНИЧНАЯ МАРИНА МИХАЙЛОВНА ОБРАЗОВАНИЕ ФУЛЛЕРЕНОВ В УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЯХ И ЧУГУНАХ ПРИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ И ТЕРМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ Специальность 05.02.01 - Материаловедение (машиностроение в нефтегазовой отрасли) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Уфа 2001 г. Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете (УГНТУ) Научный консультант - д.т.н., профессор И.Р. Кузеев Официальные оппоненты : д.т.н.,...»

«Малкин Илья Владимирович Разработка технических средств снижения шумовых излучений системы газообмена двигателя легкового автомобиля 05.04.02 - Тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2014 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Тольяттинский государственный университет на кафедре Управление промышленной и экологической безопасностью. Научный...»

«БЕЛОБОРОДОВА ТАТЬЯНА ГЕННАДИЕВНА РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ И МЕТОДА РАСЧЕТА УСТАНОВКИ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ОТХОДОВ Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (Машиностроение в нефтеперерабатывающей промышленности) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Уфа 2001 www.sp-department.ru Работа выполнена на кафедре Оборудование нефтехимических заводов Стерлитамакского филиала Уфимского государственного нефтяного технического...»

«Кобзов Дмитрий Юрьевич НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЁЖНОСТИ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ГИДРОЦИЛИНДРОВ ПОВЫШЕННОГО ТИПОРАЗМЕРА ДОРОЖНЫХ И СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН Специальность 05.02.02 – Машиноведение, системы приводов и детали машин АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учной степени доктора технических наук Братск 2012 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Братский государственный университет....»








 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.