船舶操纵运动波浪力计算

波浪力的计算需要两方面理论的支持：波浪运动理论及波浪荷载计算理论。

前者研究波浪的运动，后者在已知波浪运动的前提下计算波浪对水中物体的作用。

几种常用的波浪普： 1.P-M 谱Pierson 和Moskowitz适用于无限风速发在的波浪普。

国际船模水池会议（ITTC）推荐采用这一形式的波，故也称为ITTC波谱。

JONSWAP（Joint north sea wave project）.是一种频谱。

3.应力范围的长期分布模型：1.离散型模型，2.分段连续型模型，3.连续模型。

1. 离散模型:用Hs作为波高，Tz为波浪周期，定义一个余弦波。

然后用规则波理论计算作用在结构上的波浪力。

并用准静定的方法计算结构呢I的应力。

缺陷：没有将波浪作为一个随机过程来处理。

每一海况的应力范围只有一个确的数值。

因此又称为确定性模型。

2.分段连续型模型每一短期海况中，交变应力过程是一个均值为0的平稳正态过程。

综合所有海况中应力范围的短期分布，并得出各个海况出现的疲劳，就得到应力范围的长期分布，它的形式是分段连续的。

应力范围的两种短期分布模型：1.Rayleigh分布和Rice分布。

在某一海况中交变应力均值为。

应力峰值服从Rayleigh分布。

通过计算得出应力范围也服从Rayleigh分布。

3.在船舶及海洋工程结构疲劳可靠性分析中，希望应力范围的长期分布能用一个连续的分布函数来描述。

这就是应力范围长期分布的连续模型.最常用的就是Weibull分布。

4.有义波高：（significant wave height）所有波浪中波高最大的三分之一波浪的平均高度。

用Hs表示。

5.Stokes五阶波给出了波陡的量度（H/L）H/L越大，波就越陡。

当波高与波长的比值大到一定程度时，波会破碎。

6.波速=波长与频率的乘积 C=λ/T或者C=λf,其中f是频率。

或者T=2π/ω7.圆频率1.圆频率即2π秒内振动的次数，又叫角频率，和角速度的ω没有任何关系。

波浪力计算公式波浪力是描述海浪对海岸或其他结构物的冲击力的物理量。

它是指海浪作用于单位长度海岸线或结构物上的力量。

波浪力的计算公式可以使用斯托克斯公式来表示。

斯托克斯公式是描述波浪力计算的经典公式，它基于假设波浪是理想的正弦波。

根据斯托克斯公式，波浪力可以表示为：F = 0.5 * ρ * g * H^2 * L其中，F是波浪力，ρ是水的密度，g是重力加速度，H是波高，L 是波长。

波浪力的计算公式可以帮助我们了解海浪对海岸线或其他结构物的冲击程度。

通过计算波浪力，我们可以评估海岸线的稳定性，预测海岸侵蚀的风险，设计合适的防护工程等。

在海岸工程中，波浪力的计算是一个重要的任务。

通过对波浪力的计算，可以确定合适的海岸保护结构的尺寸和类型。

根据波浪力的大小，我们可以选择适当的海岸防护工程，如堤防、防波堤、海堤等，以减轻海浪对海岸的冲击。

除了海岸工程，波浪力的计算在海洋工程和海洋能利用领域也具有重要意义。

在海洋工程中，波浪力的计算可以用于设计海上平台、船舶和海洋结构物的稳定性。

在海洋能利用领域，波浪力的计算可以用于评估波浪能量的潜力和设计波浪能发电设备。

波浪力的计算公式是基于理想的正弦波假设。

然而，在实际情况中，海浪往往是复杂的，包含多种频率和方向的波浪成分。

因此，在实际应用中，需要考虑更复杂的波浪模型和数值方法来计算波浪力。

波浪力的计算公式是描述海浪对海岸线或其他结构物冲击力的重要工具。

它可以帮助我们评估海岸侵蚀的风险，设计合适的海岸防护工程，以及评估海洋工程和海洋能利用的可行性。

通过深入研究波浪力的计算公式，我们可以更好地理解海洋与人类活动的相互作用，保护海岸环境，促进可持续发展。

船舶阻力数值计算1.船体阻力的计算船体阻力是船舶行驶时由于水的粘性作用在船体表面产生的阻力。

常用的方法有几种，其中一种是波尔根公式：R=К*S*V²其中，R表示船体阻力，К为波尔根系数，S为船体湿表面积，V为船舶的航行速度。

2.波浪阻力的计算波浪阻力是船舶行驶时由于船体在海水中的波浪作用下产生的阻力。

波浪阻力一般可以通过计算波浪幅度的方法来获得，其中较为常用的是费尔康普公式：R_wave = К_wave * ρ * g * A_wave * L / 2其中，R_wave表示波浪阻力，К_wave为波浪阻力系数，ρ为水密度，g为重力加速度，A_wave为波浪振幅，L为船长。

3.粘性阻力的计算粘性阻力是由于水分子的粘性作用在船体周围产生的阻力。

根据流体力学的相关理论，可以通过雷诺数来计算粘性阻力。

一种常用的计算方法是维塔公式：R_viscous = К_viscous * μ * V * S / L其中，R_viscous表示粘性阻力，К_viscous为粘性阻力系数，μ为水的黏度，S为船体湿表面积，L为船长。

4.附加阻力的计算附加阻力是由于船舶与船艏、船尾以及侧板、船舶结构等水流非均匀情况下的相互作用而产生的阻力。

附加阻力的计算比较复杂，常常需要通过模型试验或者计算流体力学模拟方法来进行。

其中一种常用的方法是简化模型试验法，通过对一系列模型试验的数据进行曲线拟合，得到附加阻力的数学模型。

总结起来，船舶阻力数值的计算是一个相对复杂的过程，需要考虑船体阻力、波浪阻力、粘性阻力和附加阻力等多个方面。

这些阻力的计算方法也是不同的，从经验公式到数值模拟等各种方法都有。

在实际计算中，需要根据船舶的具体情况选择合适的计算方法，并结合实测数据或者试验数据进行验证，以保证计算结果的准确性和可靠性。

船行波波高计算公式船行波波高的计算公式，这可是个有点复杂但又十分有趣的话题。

咱们先来说说船行波是啥。

想象一下，一艘大船在平静的水面上快速行驶，身后就会留下一道道波浪，这就是船行波。

那为啥要研究船行波波高的计算公式呢？这可太重要啦！比如在港口设计的时候，得知道船行波会有多高，才好确定防波堤要建多高，不然波浪冲上来，那可就麻烦大了。

船行波波高的计算，可不是随便拍拍脑袋就能算出来的。

它涉及到好多因素，像船的速度、吃水深度、船体形状等等。

其中有一个比较常用的计算公式，叫做某某公式（这里假设一个具体的公式名称）。

这个公式看起来可能有点让人头疼，一堆字母和符号，但咱们慢慢拆解一下，其实也没那么可怕。

我给您举个例子啊。

有一次我去一个小港口考察，就碰到了跟船行波有关的问题。

那个港口本来挺平静的，结果一艘大船开进来，掀起的波浪把岸边的一些小船晃得厉害。

大家都很着急，不知道该咋办。

我就想到了船行波波高的计算，赶紧收集了船的相关数据，然后用公式算了一下。

嘿，还真算出了大概的波高。

根据这个结果，我们采取了一些措施，比如调整了小船的停靠位置，增加了一些缓冲设施，这才让情况稳定下来。

在实际应用中，计算船行波波高可不能马虎。

哪怕一个数据出错，结果可能就差之千里。

而且不同类型的船，产生的船行波也不太一样。

比如说货船和客船，由于它们的形状和用途不同，在同样的速度下，船行波的高度可能就有差别。

再来说说计算船行波波高的时候要注意的一些细节。

首先，测量数据一定要准确，这就像盖房子打地基，地基不稳，房子肯定盖不好。

还有啊，要考虑到水流的情况，如果水流本来就很急，那船行波受到的影响也会很大。

总之，船行波波高的计算公式虽然有点复杂，但只要咱们认真对待，搞清楚每个参数的意义，再结合实际情况，就能算出比较准确的结果，为相关的工程和设计提供有力的支持。

希望大家以后碰到船行波的问题，都能轻松应对，让水面保持平静和安宁！。

船舶操纵运动波浪力计算2.1 不规则波入射力计算模型依据概率统计理论，不规则波的波面可以看作是由一系列具有不同的频率、波数、波幅、传播方向以及随机分布初相位角的规则波叠加而成。

在实际应用中寻求海浪的统计特性，通常采用“波能谱”的概念来描述海浪。

海浪形成的过程是风把能量传递给水的过程。

这一过程大致可分为两个阶段，第一阶段为波浪生长阶段，当风最初作用于海面上时，海面开始出现较小的波，随着时间的增长，风不断地把能量传递给水，波浪越来越大，显然这一阶段海浪是比较复杂，其统计特性随时间不断变化，这一阶段的海浪描述描述相当复杂。

但是，当波浪渐趋稳定时，波的能量达到一定值，其统计特征基本上不随时间变化，为了这一阶段海浪的数学描述，应用波谱密度函数，从大量观察分析结果表明海浪以及船舶在波浪中的运动等均属于狭带谱的正态随机过程，因此基于以下假设：1．波浪为弱平稳的、各态历经的、均值为零的正态(高斯)随机过程。

2．波谱的密度函数为窄带。

3．波峰(最大值)为统计上独立的。

由波的方向性谱密度，不规则波的波面可用下列随机积分表示来描述：⎰⎰-∞+-+=220),(2)],()sin cos (cos[),,(ππςθωθωθωεωθηθξηξςd d S t k t （2-1）其中，),(θωςS 为波谱密度函数，表示了不规则波浪中各种频率波的能量在总能量中所占的份量。

仅考虑波沿主浪向运动的情况，并将式（2-1）转化为随船坐标系下表示为：⎰∞+--=0)(2)]()sin cos (cos[),,(ωωωεωμμςςd S t y x k t y x e （2-2）为了方便计算，将波能谱密度函数进行离散，用求和形式代替上式的积分如下：∑=+--∆=ni i ei i i t y x k S t y x 1])sin cos (cos[)(2),,(εωμμωωςς （2-3）其中，相位角i ε可视为均匀分布在（0，2π）区间内的随机变量。

船舶阻力与船速的计算公式船舶阻力与船速的计算公式是船舶设计和航行中非常重要的内容。

船舶阻力是指船舶在航行中受到的水流、风力和波浪等外部力量的阻碍，是决定船舶动力系统设计和船舶性能的重要因素之一。

船舶的阻力与船速之间存在着密切的关系，通过计算可以得到船舶在不同航速下的阻力大小，为船舶设计和航行提供重要的参考依据。

船舶阻力的计算公式可以分为静水阻力和波浪阻力两部分。

静水阻力是指船舶在静止状态下受到的水流阻力，主要与船体的形状和湿表面积有关；波浪阻力是指船舶在航行中受到的波浪阻力，主要与船舶航行速度和波浪形态有关。

下面我们将分别介绍船舶静水阻力和波浪阻力的计算公式。

静水阻力的计算公式通常采用法国工程师Froude提出的Froude公式，即：\[ R = k \times S \times V^2 \]其中，R为静水阻力，k为阻力系数，S为湿表面积，V为船舶航行速度。

阻力系数k是与船舶的形状和流体粘度等因素相关的常数，可以通过实验或经验公式进行确定。

湿表面积S是指船舶在水中的受潮表面积，通常可以通过船舶的几何形状参数计算得到。

船舶的航行速度V是指船舶相对于水流的速度，是静水阻力的一个重要影响因素。

通过Froude公式可以得到船舶在不同航速下的静水阻力大小，为船舶设计和性能分析提供了重要的参考数据。

波浪阻力的计算公式通常采用Holtrop提出的Holtrop公式，即：\[ R_{w} = 0.5 \times \rho \times g \times C_{1} \times A_{T} \times B_{L} \times \left( 1 + k_{B} \times \left( 1.0 C_{B} \right) \right) \times C_{B} \times S \times\left( 1 + 0.35 \times \left( \frac{B_{L}}{T} \right) \right) \times \left( 1 C_{F} \right) \times \left( 1 \frac{C_{F}}{C_{F} + 1} \right) \times \left( 1 \frac{C_{F}}{C_{F} + 2} \right) \times \left( 1 \frac{C_{F}}{C_{F} + 3} \right) \times C_{F} \times V^2 \]其中，\( R_{w} \)为波浪阻力，\( \rho \)为水的密度，g为重力加速度，\( C_{1} \)为修正系数，\( A_{T} \)为横截面积系数，\( B_{L} \)为船舶长度与波长的比值，\( k_{B} \)为波浪系数，\( C_{B} \)为方形系数，S为湿表面积，\( T \)为船舶吃水深度，\( C_{F} \)为摩擦系数，V为船舶航行速度。

船舶静止在波浪上的外力计算一、整体计算过程（计算思路）两个假设：1、假设船舶以波速在波浪的前进方向上航行，即船与波的相对速度为零；2、假设船体是在重力和浮力作用下静平衡于波浪上的一根梁。

计算思路：1、船舶外力计算的目的是进行强度校核，应保证：[]max σσ≤其中，max σ为船体断面最大正应力，[]σ为许用应力。

2、应力计算根据梁的弯曲理论由下式给出：M Z Iσ=⋅ 其中，M 为计算断面的弯矩；I 为横断面绕水平中和轴的惯性矩；Z 为计算应力点到中和轴的距离。

3、船体梁在载荷作用下纵纵弯曲产生的弯矩有两部分构成：静水力弯矩和波浪附加弯矩：s M M M ω=+整体计算步骤：1、计算不同装载状态下静水弯矩和波浪附加弯矩以及静水剪力和波浪附加剪力；2、计算总纵弯矩；3、计算船体断面的最大正应力；4、根据许用应力进行强度校核。

波浪要素和装载状态：1、计算波浪附加弯矩时，标准波浪的波形取为坦谷波；2、应考虑四种装载状况：满载出港、到港，压载出港、到港二、各部分计算过程详解1、静水弯矩计算两个必要条件：1）船体浮力等于重力；2）重心和浮心在同一铅垂线 静水弯矩计算核心公式：()()()()()()()00x x q x x b x N x q x dx M x N x dx ω=-⎧=⎪⎨⎪=⎩⎰⎰ 静水力弯矩计算步骤：1) 绘制重量曲线；2) 绘制浮力曲线；3) 求出重量曲线和浮力曲线的差值()q x ，作为船体梁的载荷强度；4) 根据上面的公式计算静水弯矩。

重量曲线绘制方法：绘制重量曲线时，必须根据静力等效原则合理分布，满足以下四个要点：重量不变，重心不变，范围一致，均匀分布围长法：核心是假设船体结构单位长度重量与剖面围长成比例；抛物线法：核心是假定船体与舾装品总重量构成的重量曲线可以用抛物线和矩形之和来表示；梯形法：将船体重量近似地用梯形曲线表示；局部性重量：根据静力等效原则进行合理分布。

浮力曲线绘制方法：浮力曲线由邦戎曲线得出，由于船舶并非处于平浮状态，所以必须进行纵倾调整，调整方法为解析法和逐步近似法，其中逐步近似法计算过程： ● 按给出的平均吃水m d ，浮心纵向坐标b x ，水线面漂心f x 以及纵稳心半径R ，计算首尾吃水：22g b f m f g b a m f x x L d d x R x x L d d x R -⎫⎛⎫=+- ⎪⎪⎝⎭⎪⎬-⎛⎫⎪=-+ ⎪⎪⎝⎭⎭● 确定首尾吃水后，利用邦戎曲线求出对应吃水线时的浮力曲线，可计算出排水体积1V 和浮心纵向坐标1b x 的第一次近似值；● 将求的的两个数值与给定的排水体积0V 及重心纵向坐标g x 比较，相差较大时，必须作第二次近似计算，由下式确定新的首尾吃水：'01'0122g b fm f g b a m f x x V V L d d x A R x x V V L d d x A R -⎫-⎛⎫=++- ⎪⎪⎝⎭⎪⎬--⎛⎫⎪=+-+ ⎪⎪⎝⎭⎭ 校核误差在下式范围内时，即可停止近似计算，由邦戎曲线得出最终的浮力曲线：0.05%~0.01%g bx x L -≤在得出重量曲线和浮力曲线后，由重量曲线和浮力曲线之差得出载荷曲线，应满足以下性质：()()()()()()0000000L L L L L Lg b q x dx x dx b x dx W B xq x dx x x dx xb x dx W x B x ωω=-=-==-=⋅-⋅=⎰⎰⎰⎰⎰⎰2、波浪附加弯矩计算船舶在波浪中的浮力曲线()b x ω是由静水中的浮力曲线()s b x 与波浪中由吃水变化引起的浮力变化量()b x ∆之和构成：()()()s b x b x b x ω=+∆船舶在波浪中的浮力变化量必须满足下列两式：()()0000LL b x dx x b x dx ⎫∆=⎪⎬⎪⋅∆=⎭⎰⎰ 船舶在波浪中的附加弯矩可以得出： ()()()()()0000xx x x N x b x dxM x N x dx b x dxdx ωωω⎫=-∆⎪⎬⎪==-∆⎭⎰⎰⎰⎰ 由于坦谷波波形因素，船舶在波浪中要有一定的下沉或上升，距尾垂线x 下沉量由下式给出： 0x x ζζψ=+⋅利用麦卡尔法，基于船侧直壁假设，可以得出：Bi Ai Ci Ai i Ai i ωωωωωωζε-=+∆=+⋅ ()0Bi Ai Ci Ai i x ωωωωζψε-=+⋅+ 根据以上条件，即可以得出波浪中附加弯矩的计算式：()()()()000xx x N x x dxM x x dxdx ωωγωγω⎫=-∆⎪⎬⎪=-∆⎭⎰⎰⎰ 3、总纵弯矩计算及强度校核将静水弯矩和波浪附加弯矩之和记作总纵弯矩，再由应力校核公式进行强度校核： s M M M ω=+[]max σσ≤。

舰船操纵运动时高频波浪力的算例
林超友;高俊吉;朱军
【期刊名称】《海军工程大学学报》
【年(卷),期】2002(014)004
【摘要】提出六自由度舰船波浪中操纵性计算方法,应用切片理论STF法及二维Frank源汇分布法研究了舰船在波浪中操纵运动时高频波浪力的计算,并编制程序,数值计算了在波浪中摇荡的一矩形剖面和某舰船的高频波浪力、附加质量,方形切片计算结果与已有试验吻合较好.
【总页数】6页(P100-105)
【作者】林超友;高俊吉;朱军
【作者单位】海军工程大学,船舶与海洋工程系,湖北,武汉,430033;海军工程大学,船舶与海洋工程系,湖北,武汉,430033;海军工程大学,船舶与海洋工程系,湖北,武汉,430033
【正文语种】中文
【中图分类】U661.338
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