Исследование и разработка численного метода определения сил волнового дрейфа при качке объекта в условиях мелководья

• Автор: Щегорец, Светлана Викторовна
• Шифр специальности: 05.08.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 188 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 Методы исследования сил волнового дрейфа

ГЛАВА 2 Описание метода расчета сил волнового дрейфа

ГЛАВА 3 Анализ результатов расчетов сил волнового дрейфа на регулярном волнении

3.1 Апробация расчетного метода. Сравнение результатов, получаемых по двумерной и трехмерной теориям
3.2 Исследование влияния мелководья на величину силы и момента волнового дрейфа и их компоненты

3.3 Влияние качки объекта на составляющие силы и момента волнового дрейфа

3.4 Влияние развала бортов объекта на определение величины силы и момента

волнового дрейфа в условиях мелкой воды

ГЛАВА 4 Анализ результатов расчётов сил и моментов волнового дрейфа на

нерегулярном волнении
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
В связи с интенсивной эксплуатацией известных месторождений нефти и газа, встает вопрос об исследовании новых месторождений, которые могли бы обеспечить возросшую потребность в этом сырье. В России, как и в других странах, исследование шельфовых месторождений не является новой задачей, но вопрос о средствах освоения и поведении морских сооружений в экстремальных условиях (штормовое волнение, течения, изменение глубины акватории до критической отметки проходимости судов и.т.д), в специфических географических условиях и конструктивных особенностях сооружения, влияющих на мореходность судов, режим эксплуатации (заякорениеплавание), изучен недостаточно полно. Исследование шельфовых месторождений еще усложняется тем, что эксплуатация морских плавучих средств ведется в условиях мелкой воды, где имеется различие в поведении судна по сравнению с глубокой водой. Во время эксплуатации, при добыче полезных ископаемых, морские сооружения подвергаются внешнему воздействию (волнение, ветра, течения), поэтому все большее распространение получают сооружения, удерживаемые якорными системами или системами автоматического позиционирования. Системы позиционирования являются ответственными системами. При проектировании этих систем необходимо знать все характеристики сил, вызывающих дрейф. Системы позиционирования воспринимают внешние воздействия, удерживая сооружения на штатных местах акватории с заданной точностью. Недооценка и неправильное проектирование систем удержания может привести к аварийным ситуациям.
Количественную и качественную оценку влияний внешних факторов с удовлетворительной достоверностью могут дать теоретические и экспериментальные исследования. В данном исследовании наиболее важным является вопрос определения сил волнового дрейфа на глубокой и мелкой воде, особенно в связи с нелинейными эффектами взаимодействия сооружения и окружающей среды.

Определение динамических и кинематических характеристик дрейфа судов и морских сооружений под действием внешних условий окружающей среды в настоящее время относится к малоизученным вопросам гидродинамики. До недавнего времени, расчеты, проводимые различными исследователями, сильно разнились, особенно это относится к случаю коротких волн, что связано с допущениями, использованными авторами и выбором метода расчета частотных характеристик и функций Кочина. Упрощенный подход дает возможность получить сравнительно простые выражения, однако не позволяет выделить в явном виде характерные составляющие искомых величин и оценить их влияние на параметры волнового дрейфа элементов плавающего тела и набегающих волн. Вследствие этого появилась необходимость в разработке более точной методики исследования сил волнового дрейфа.
Таким образом, разработка методов определения сил волнового дрейфа, действующих на плавучие средства океанотехники в условиях мелкой воды, подтвержденная теоретическими и экспериментальными исследованиями, является актуальной задачей, решение которой позволит повысить качество проектирования и надежность эксплуатации морских объектов.
Целью настоящей диссертационной работы является разработка усовершенствованного численного метода и соответствующего программного комплекса для расчета сил волнового дрейфа в жидкости ограниченной и неограниченной глубины на основании трехмерной потенциальной теории. Для достижения этой цели в работе поставлены следующие задачи:
• анализ существующих методов расчета сил волнового дрейфа, действующих на судно;
• разработка трехмерного метода и соответствующих программ расчета сил волнового дрейфа;
• проведение сравнительных и систематических расчетов сил волнового дрейфа;

закрепленного и свободно плавающего трехмерного тела произвольной формы. Авторами было пересмотрено обобщенное решение Т.Б. С^Пу1 для сил и момента (только рысканье), в которое были включены все виды качки. А. Рарашко1аои и в. гагарйошйз провели ряд расчетов для корпуса судна простой цилиндрической формы, полупогружного объекта и модели судна серии 60 для различных углов бега волн. Интерес к данной работе заключается в достаточно большом количестве сопоставлений результатов расчетов с данными других исследователей. Тем не менее, в работе [53] не представлены результаты исследования СВД в условиях ограниченной глубины, что не может в полной мере отразить область применения методики. Результаты расчета авторов [53] в сопоставлении с экспериментальными данными А. С^ауа для модели серии 60 представлены на рисунке 1.16.
’І у.; Сі = о,б
:! * і і
Курсовой угол 120 град Се = 0,7 „Й "

Се = 0,7 Се = 0,
Курсовой утоп 90 градусов
Се = 0,
Св = 0,

Се = 0,7 Се = 0,
О Эксперимент_С^аша
Расчет Рарапікоіаои
Рисунок 1.16- Безразмерные момент и поперечная сила волнового дрейфа для модели судна серии 60 (Сй= 0,6 и 0,7) в зависимости от параметра А / Ь _
В более поздней работе [54] А. Рарашко1аои и в. 7агар1ютП8 представили новые результаты расчетов и подтвердили достоверность своих выводов,