Расчётный метод и программа численного моделирования динамики водоизмещающих объектов на интенсивном волнении

• Автор: Магаровский, Вячеслав Валерьевич
• Шифр специальности: 05.08.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 141 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1 Современные методы определения качки судов на волнении
1.1 Практическая применимость учения о качке
1.2 История изучения вопроса о качке корабля
1.3 Численное моделирование и развитие программ по расчёту качки водоизмещающих объектов
Г ЛАВА 2 Математическая модель качки конечной амплитуды
2.1 Системы координат
2.2 Принятые допущения при определении гидромеханических сил
2.3 Определение сил в рамках гипотезы А.Н. Крылова по переменной смоченной поверхности
2.4 Определение инерционно-демпфирующих сил
2.5 Определение дифракционных составляющих возмущающих сил действующих на мгновенную смоченную поверхность
2.6 Определение мгновенной смоченной поверхности
2.7 Алгоритм и программа расчёта
2.8 Верификация и валидация разработанной программы
ГЛАВА 3 Применение и результаты использования разработанной программы для расчёта поведения водоизмещающих объектов на волнах зыби большой крутизны
3.1 Расчёты АЧХ и сопоставление их с результатами расчета по другим программам и экспериментальными данными
3.2 Определение несимметрии колебаний водоизмещающих объектов на волнах зыби различной крутизны
3.3 Возможность использования программы для расчётов динамики средств океанотехники и оптимизации их формы корпуса
3.4 Определение возможности возникновения бортовой раскачки судов на
продольном волнении; сопоставление с методикой ОСТ
ГЛАВА 4 Применение и возможности использования программы по определению качки водоизмещающего объекта на интенсивном нерегулярном волнении
4.1 Аппроксимация нерегулярного волнения
4.2 Расчёт динамики судов на нерегулярном волнении, сопоставление с экспериментальными данными
4.3 Решение практических вопросов с помощью разработанной программы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение А Таблицы сопоставления статистических данных по качке судов, полученные расчётным и экспериментальным путём

ВВЕДЕНИЕ
Определение параметров движения судна на сильном и тем более экстремальном волнении представляет одну из важнейших задач по оценке мореходности и прочности судна. Процесс качки объекта в таких условиях является существенно нелинейным и сопровождается такими практически важными процессами, как слеминг, заливание палубы и оголение днища, резонансные колебания, интенсивные ускорения.
Исторически сложилось, что выбор формы обводов корпуса корабля при проектировании осуществляется из условия достижения им заданной скорости хода на тихой воде. Такая практика проектирования формы корпуса, при которой вопросы мореходности корабля, учитывающие предполагаемый район его эксплуатации, рассматриваются при уже выбранных главных соотношениях размерений и обводов подводной части корпуса, в отечественном судостроении существует до настоящего времени. Отработка корпуса в отношении мореход-

ности при этом затрагивает, как правило, только надводную часть - высоту борта, развал шпангоутов в носовой оконечности, установку волноломов на палубе и т.д., либо исследование мореходности вообще не затрагивает отработку формы корпуса и ограничивается рекомендациями по выбору курса и изменению (как правило, снижению) скорости. В связи с текущими экономическими условиями во всём мире ужесточаются требования заказчиков к эксплуатационным качествам судов и срокам проектирования с целью увеличения прибыли от эксплуатации и снижения времени простоя, связанного с неблагоприятными погодными условиями. Поэтому в зарубежной практике для кораблей и судов, основное назначение которых связано с работой в морских условиях, проектирование начинается с выбора соотношений главных размерений и формы обводов корпуса, обеспечивающих наибольшую продолжительность эффективной годичной эксплуатации корабля в заданной акватории мирового океана. На-

Поэтому из (15) следует:
дФо__(дФЛ _ (дФЛ ,^(д(Рг д(Рг
, + ?7> -ят#
дп I дп )пти ( дп )а6с V дп дп
+ П^.Совв + ^-втв] + ^
дп дп ) дп

Подставляя выражение для потенциала скорости свободно распространяющихся волн в (16) и выделяя действительную часть, получим:
дф0 -к г8т
—- = -сг • г ■ е ( г
„ [ ~-ят/Лсоз^-^0-сгп) +
оп СП
+ — ■&т{к-%* — сг п)] + ?)0[ ~~ • соб0-• эт 0 | + (17)
дп I дп дп J
+ с(^-совв-^-мб^.
V дп дп ) дп
где — = соз(й?7); — = соэ(й^); £° =(<% + и-()-соз/3-г/-ят/!. дп дп
Учитывая (14), равенство (13) перепишем в виде:
5 Ф дФ дФ
о? Э/ дп
Следует отметить, что выражение (18) позволяет локальное изменения потенциала скорости возмущенного движения жидкости от времени в неподвижной системе координат представить через его локальное изменение в свя-

занной системе координат —1 и изменение, обусловленное движением свя-

занной системы относительно полусвязанной —1 • оп.

Нормальная производная от скалярной функции Ф0 в регулярной точке поверхности есть производная по направлению положительной нормали, т.е.