船舶在波浪中的运动-ch1_引论

船舶运动的六个自由度船舶是一种水上交通工具，它可以在水上自由行驶。

船舶运动的六个自由度是指在三维空间中，船舶可以进行六种运动，这些运动包括：横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和偏移。

下面将对这六个自由度进行详细的介绍。

一、横摇横摇是指船体绕纵轴旋转的运动。

当外部力矩作用于船体时，会引起船体发生横摇。

例如，在海浪中行驶时，海浪的冲击力会使得船体产生横向振动，从而引起横摇。

二、纵摇纵摇是指船体绕横轴旋转的运动。

当外部力矩作用于船体时，会引起船体发生纵摇。

例如，在大浪中行驶时，浪头和浪谷的冲击力会使得船体产生前后振动，从而引起纵摇。

三、艏摇艏摇是指船首向左或向右侧倾斜的运动。

当外部力矩作用于艏部时，会引起艏部发生摇晃，从而引起艏摇。

例如，在强风中行驶时，风力会使得船首向左或向右倾斜，从而引起艏摇。

四、横荡横荡是指船体在水平方向上的移动。

当外部力矩作用于船体时，会引起船体发生横向位移，从而引起横荡。

例如，在强浪中行驶时，海浪的冲击力会使得船体产生侧向位移，从而引起横荡。

五、纵荡纵荡是指船体在垂直方向上的移动。

当外部力矩作用于船体时，会引起船体发生垂直位移，从而引起纵荡。

例如，在大浪中行驶时，浪头和浪谷的冲击力会使得船体产生上下位移，从而引起纵摇。

六、偏移偏移是指船体在水平面内的旋转运动。

当外部力矩作用于船体时，会使得船体绕一个轴线旋转，并且这个轴线与纵轴和横轴都不重合。

这种运动称为偏移。

例如，在强风中行驶时，风力会使得船体绕一个轴线旋转，从而引起偏移。

总结：船舶运动的六个自由度包括横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和偏移。

这些自由度的存在使得船体可以在三维空间中自由运动，并且能够适应不同的水上环境。

对于船员来说，了解船舶运动的六个自由度是非常重要的，因为只有了解了这些自由度，才能够更好地掌握船体运动规律，从而保证航行安全。

海浪对船体振动与结构疲劳的影响与控制标题：海浪对船体振动与结构疲劳的影响与控制引言：海洋环境下船舶的振动与结构疲劳问题一直备受关注。

海浪作为影响船舶运行的主要力量之一，对船体的振动与结构疲劳会产生重要影响。

本文将就海浪对船体振动与结构疲劳的影响机理进行探讨，并介绍几种常用的控制方法。

1. 海浪对船体振动的影响机制海浪对船体振动的影响机制主要涉及波浪力、激励力和共振现象。

首先，波浪力是由于海浪作用于船舶上产生的，导致船体在水平和垂直方向上发生振动。

其次，激励力是由于波浪通过船体表面作用而产生的，会进一步引起船体的振动。

最后，共振现象指的是当波浪频率与船体的固有频率相接近时，振动会得到放大，从而引发结构疲劳和破坏。

2. 海浪对船体结构疲劳的影响机理船体在海浪环境下受到的振动力将导致局部应力集中，从而加剧了船体结构的疲劳损伤。

海浪对船体结构疲劳的影响机理主要有波浪谱特性和波浪载荷。

波浪谱特性描述了波浪在频域上的能量分布，不同谱特性的波浪将对船体不同部位结构产生不同程度的疲劳影响。

而波浪载荷是指船体受到的波浪作用力，其大小与波浪幅度、频率、波速等因素有关。

3. 海浪对船体振动与结构疲劳的控制方法为了降低海浪对船舶振动和结构疲劳的影响，船舶设计和运营中采用了一些控制方法。

其中，船体减振是通过增加船体刚度和阻尼来减小振动幅值，包括增加结构刚度、使用减振材料等。

此外，振动控制器的应用也可以有效降低船舶振动幅值。

而对于结构疲劳控制，可以采用预测、监测和维护等方法，包括使用结构疲劳监测系统、定期检查船体结构等。

结论：海浪是导致船体振动和结构疲劳问题的主要因素之一。

了解海浪对船体振动与结构疲劳的影响机理，对于船舶设计、运营和维护非常重要。

在实际应用中，我们可以通过采用船体减振和振动控制器等方法来降低船舶振动幅值，同时通过预测、监测和维护等手段来控制船体的结构疲劳，确保船舶在海洋环境下的安全运行。

这些措施的实施将有助于提高船舶的安全性和运行效率。

波浪对穿浪双体船摇荡运动的影响波浪对穿浪双体船摇荡运动的影响穿浪双体船作为船型中的一种，具有良好的稳定性和航行性能，在海洋工程中应用广泛。

但是，海洋环境是多变的，波浪因素往往会对船只的运动产生影响。

而作为双体船的一种，穿浪双体船不同于传统的单体船在波浪环境下的运动。

下面将从波浪对穿浪双体船的影响和穿浪双体船的反应两个方面来阐述此影响。

波浪对穿浪双体船的影响波浪是海洋环境中最基本的自然现象之一，因此，在船只的性能设计和建造中，对波浪的影响必须特别关注。

由于波浪的大小、方向和幅度在不同的区域、不同的季节和天气变化，因此，穿浪双体船受到波浪影响的程度随着海况的不同而变化。

波浪对穿浪双体船的影响主要体现在以下三个方面：1. 产生的动力影响：波浪就是海水的周期性运动，波浪的力量和冲击可以有效地促进船只运动性能的发挥。

但是，当波浪方向和船只行驶方向相反时，波浪产生的阻力会减缓船只的前进速度，甚至使船只倒退。

当波浪方向与船只行驶方向相同时，船只运动会更加流畅，而且可以加速船只的前进速度。

总地来说，波浪在船只运动的过程中对船体产生的动力影响是非常显著的。

2. 产生的稳定性影响：穿浪双体船的设计就是为了增强稳定性，特别是在海洋环境中。

然而，波浪对船只的稳定性产生的影响也是不可忽视的。

波浪的高度和形态可能会导致船只产生偏摆、横摇、剪切和紊流等稳定性问题。

此外，波浪还会使船体加强摆荡、上下颠簸的运动，从而降低船只的稳定性。

3. 产生的运动影响：波浪对穿浪双体船的动态影响主要体现在船只运动的幅度和频率上。

波浪的静态形态以及自然的运动规律会使穿浪双体船的前后、左右、上下运动受到干扰，从而导致摇荡幅度加大。

此外，在很大兴浪环境下，海水在波浪的作用下，容易发生喷溅现象，直接影响到船只的安全。

穿浪双体船的反应穿浪双体船的反应主要是指这类船只在波浪环境下产生的运动和位移；从另一个角度而言，船只的造型、密度和船体内部结构也可以影响波浪对船只的影响。

船舶耐波性总结第一章耐波性概述一、海浪的描述、、。

船舶耐波性是船舶在波浪中运动特性的统称，它包括船舶在波浪中所产生的各种摇荡运动以及由这些运动引起的抨击、飞溅、上浪、失速、螺旋桨飞车和波浪弯矩变化等性能，直接影响船舶在风浪作用下维持正常功能的能力。

二、6个自由度的摇荡运动船舶任意时刻的运动可以分解为在Oxyz坐标系内船舶中心G沿三个坐标轴的直线运动及船体绕三个坐标轴的转动。

而这些运动中又有直线运动和往复运动垂荡对船舶航行影响最大，是研究船舶摇荡运动的主要内容。

船舶摇荡是指船舶在风浪作用下产生的摇荡运动，他们的共同特点是在平衡位置附近做周期性的震荡作用。

产生何种摇荡运动形式取决于船首方向与风浪船舶方向之间的夹角，称为遭遇浪向。

三、动力响应船舶耐波性是船舶在风浪中性能的总的反应，它主要包括船舶摇荡、砰击、上浪、失速、螺旋桨飞车。

剧烈的横摇、纵摇和垂荡对船舶产生一系列有害的影响，甚至引起惨重后果，主要表现在以下三个方面：1）、对适居性的影响；2）、对航行使用性的影响；3）、对安全性的影响；船舶在风浪中产生摇荡运动时，船体本身具有角加速度和线加速度，因此属于非定常运动。

第二章海浪与统计分析2-1 海浪概述风浪的三要素：风速、风时、风区长度。

风浪要素定义：表观波长、表观波幅、表观周期。

充分发展海浪条件：应有足够的风时和风区长度。

海浪分类：风浪、涌浪、近岸浪。

风浪的要素表示方法：统计分析方法。

2-2规则波的特性波面可以用简单的函数表达的波浪称为规则波。

A 0=cos kx -t ξξω（）A k ξξω为波面升高，为波幅，为波数，为波浪圆频率。

在深水条件下，波长T c λ、周期和波速之间存在以下关系 ：≈； 2=1.56T λ； c==1.25T λλ； 2=T πω； 2k=g ω 波浪中水质点的振荡，并没有使水质点向前移动，也没用质量传递。

但是水质点具有速度且有升高，因此波浪具有能量。

余弦波单位波表面积的波浪所具有的能量2A 1E=g 2ρξ2-3不规则波理论基础一、不规则波的基本概念 1、确定性关系和统计关系我们所讨论的不规则波引起的船舶摇荡运动等都是属于统计规律范畴之内的。

船舶耐波性总结第一章耐波性概述一、海浪的描述、、。

船舶耐波性是船舶在波浪中运动特性的统称，它包括船舶在波浪中所产生的各种摇荡运动以及由这些运动引起的抨击、飞溅、上浪、失速、螺旋桨飞车和波浪弯矩变化等性能，直接影响船舶在风浪作用下维持正常功能的能力。

二、6个自由度的摇荡运动船舶任意时刻的运动可以分解为在Oxyz坐标系内船舶中心G沿三个坐标轴的直线运动及船体绕三个坐标轴的转动。

而这些运动中又有直线运动和往复运动垂荡对船舶航行影响最大，是研究船舶摇荡运动的主要内容。

船舶摇荡是指船舶在风浪作用下产生的摇荡运动，他们的共同特点是在平衡位置附近做周期性的震荡作用。

产生何种摇荡运动形式取决于船首方向与风浪船舶方向之间的夹角，称为遭遇浪向。

三、动力响应船舶耐波性是船舶在风浪中性能的总的反应，它主要包括船舶摇荡、砰击、上浪、失速、螺旋桨飞车。

剧烈的横摇、纵摇和垂荡对船舶产生一系列有害的影响，甚至引起惨重后果，主要表现在以下三个方面：1）、对适居性的影响；2）、对航行使用性的影响；3）、对安全性的影响；船舶在风浪中产生摇荡运动时，船体本身具有角加速度和线加速度，因此属于非定常运动。

第二章海浪与统计分析2-1 海浪概述风浪的三要素：风速、风时、风区长度。

风浪要素定义：表观波长、表观波幅、表观周期。

充分发展海浪条件：应有足够的风时和风区长度。

海浪分类：风浪、涌浪、近岸浪。

风浪的要素表示方法：统计分析方法。

2-2规则波的特性波面可以用简单的函数表达的波浪称为规则波。

A 0=cos kx -t ξξω（）A k ξξω为波面升高，为波幅，为波数，为波浪圆频率。

在深水条件下，波长T c λ、周期和波速之间存在以下关系 ：≈； 2=1.56T λ； c==1.25T λλ； 2=T πω； 2k=g ω 波浪中水质点的振荡，并没有使水质点向前移动，也没用质量传递。

但是水质点具有速度且有升高，因此波浪具有能量。

余弦波单位波表面积的波浪所具有的能量2A 1E=g 2ρξ2-3不规则波理论基础一、不规则波的基本概念 1、确定性关系和统计关系我们所讨论的不规则波引起的船舶摇荡运动等都是属于统计规律范畴之内的。

船舶在波浪中的運動綱要•簡介•操縱數學模式•運動數學模式簡介•船舶在海上行進時的反應是一個非常複雜的非線性現象，因為不只有波浪作用力，同時船本身也有一個前進的動力存在。

•規則波單方向不規則波多方向不規則波→→操縱數學模式•使用日本MMG( Mathematical Modeling Group)流力模式。

•船舶、螺槳、舵單獨性能為基礎再加上三者的擾動效應。

• 只考慮船舶縱移(surge)、橫移(sway)、平擺(yaw)、橫搖(roll)。

座標系• 空間固定座標 • 船體固定座標• 船體固定座標與水面平行。

• 地球公轉與自轉效應忽略。

運動方程式• 如果將 定在船體重心 上O G()()() H eaveX m u w p vr S ur ge Y m v ur w p S w ay Z m w vp uq ⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩=+-=+-=+-()()() R ol l P i t ch Y awx zy y xz z yx K I p qr I I M I q r p I I N I r pq I I ⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩=+-=+-=+-() pr op ps I I n Q E ngi ne+=• 不考慮起伏(heave)、縱搖(pitch)• 角速度• 重心速度相對於空間固定座標的轉換• 重心速度相對於水的速度轉換成相對於地球的速度。

船舶-流體力與力矩，附加質量和黏滯度影響• 流體力係數可視為只與船舶之瞬間運動狀態有關，此即所謂的準定態(quasi-steady)處理方式。

• 考慮橫搖運動()22224012x yvv vr r r vvvv H X mu mvr LU X v X v r X r X v X u ρ⎛⎫ ⎪⎝⎭'''''''''=-++++++2212y xr H N L R O LL Y mv mur L U Y Y r Y Y βρβ⎛⎫ ⎪⎝⎭'''=--++++''' 3212zz r H N L R O LL N J r L U N N r N N βρβ⎛⎫ ⎪⎝⎭'''=-++++'''()()xx H H H K J N m g G Z Y Z φφφ=---⋅- U ：重心移動速度x m ：縱移附加質量 y m ：橫移附加質量()()X m u vr Y m v ur⎧⎪⎨⎪⎩=-=+p q r φθϕ⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩≅≅≅00cos si n si n cos X u v Yu v ϕϕϕϕ⎧⎪⎨⎪⎩=-=+zz J ：平擺附加質量慣性矩 xx J ：橫搖附加質量慣性矩vv X '、vr X '、r r X '、vvvv X '：由於船舶平面運動所引起之阻力增加係數0()X u ：船舶直進阻力Y β'、r Y '：線性流體阻尼力係數 N β'、r N '：線性流體阻尼力矩係數N L Y '：無因次非線性流體阻尼力N L N '：無因次非線性流體阻尼力矩 R O LL Y '：橫搖運動所引起的橫移力 R O LL N '：橫搖運動所引起的平擺力矩()N φ-：橫搖阻尼力矩H Z ：船體流體橫移力作用點與重心G 的垂直距離H H Z h O G =+H h ：船體流體橫移力作用點與水面的垂直距離螺槳-螺槳力與力矩，螺葉數目和展開面積比影響螺槳在四個象限中之推力與扭力可表示為下：()()(){}2221110.724p p p p p T p X t u nD D C πρωπβ⎡⎤=--+⎣⎦ ()(){}2231210.724p pp p p p Q p Q J n u nD D C ππρωπβ⎡⎤=---+⎣⎦其中p t 為推力減少係數，pp J 為螺槳附加極慣性矩(added polar moment of inertia)。

上海交通大学硕士研究生毕业论文船舶在波浪中运动时域数值模拟研究学科专业：船舶海洋结构物设计制造作者姓名：李成成指导老师：缪国平 朱仁传上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院2010年2月Time-domain simulation of ship motions in wavesMajor: Design and manufacture of naval architecture andocean engineeringCandidate: Li ChengchengSupervisor: Prof. Miao Guoping & Prof. Zhu RenchuanSchool of Naval Architecture, Ocean and Civil Engineering Shanghai Jiao Tong UniversityFeb. 2010船舶在波浪中运动时域数值模拟研究摘要随着近年来我国海洋资源的开发和利用，船舶工业得到了不断的发展，一些新的船型开始不断出现，为了保证新设计的船型具有良好的耐波性能，船舶在波浪中的准确预报是进行合理的船舶结构设计的前提，于是寻求一种准确而实用的船舶运动及波浪载荷的预报方法具有重要意义。

本文基于船舶运动频域理论拓展而来的时域方法建立了船舶运动的数值计算预报方法，通过建立的三维非线性时域运动方程就波浪中船舶运动进行了计算模拟研究。

研究表明该方法可以用于预报船舶在规则波、不规则波中船舶垂荡、横荡、横摇、首摇、纵摇五个自由度的运动，可以预报分析船舶发生参数横摇的频率范围和幅度。

以S175船为具体算例，计算了在迎浪状态下规则波中不同波浪频率S175船垂荡、纵摇的运动幅值，并预报分析了S175船发生参数横摇的频率范围和幅度，将数值计算结果与相关文献进行了比较，验证了本研究方法的有效性和可靠性。

本文还研究了带液舱的船舶运动响应问题，考虑了液舱晃荡和船舶运动的耦合效应，以带方形液舱的S175船为具体算例，针对横浪和迎浪情况，比较了带液舱与不带液舱的船舶横摇和纵摇运动时历曲线。