Разработка метода расчета и исследование параметров совместной качки двух судов на мелководье тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.01, кандидат наук Аунг Мью Тхант

• Аунг Мью Тхант
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Аунг Мью Тхант

Содержание

В В Е Д Е Н И Е

ГЛАВА 1. ОБЗОР РАБОТ, ПОСВЯЩЕННЫХ ИЗУЧЕНИЮ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ И КИНЕМАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СОВМЕСТНОЙ КАЧКИ СУДОВ

ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ СИЛ ПРИ СОВМЕСТНОЙ КАЧКЕ ДВУХ СУДОВ НА МЕЛКОВОДЬЕ

2.1. Постановка трехмерной задачи совместной качки двух судов на мелководье

2.2. Описание трехмерного метода решения

2.3 Определение амплитуд, ускорений, сил волнового дрейфа при совместной качке судов

2.4. Расчет совместной качки судов и сил волнового дрейфа на мелководье на нерегулярном волнении

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТОВ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПРИСОЕДИНЕННЫХ МАСС И ДЕМПФИРОВАНИЯ, ВОЗМУЩАЮЩИХ СИЛ, АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И УСКОРЕНИЙ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ СОВМЕСТНОЙ КАЧКЕ СУДОВ

3.1. Апробация результатов

3.2 Исследование влияния изменения расстояния между судами на значения коэффициентов присоединенных масс и демпфирования

3.3 Исследование влияния изменения расстояния между судами на значения возмущающих сил и моментов

3.4 Исследование влияния изменения расстояния между судами на значения амплитудно-частотных характеристик качки

3.5 Исследование влияния изменения расстояния между судами на значения ускорений, возникающих при совместной качке

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТОВ СИЛ ВОЛНОВОГО ДРЕЙФА, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ СОВМЕСТНОЙ КАЧКЕ НА РЕГУЛЯРНОМ ВОЛНЕНИИ

ГЛАВА 5. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТОВ АМПЛИТУД КОЛЕБАНИЙ, УСКОРЕНИЙ И СИЛ ВОЛНОВОГО ДРЕЙФА, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ СОВМЕСТНОЙ КАЧКЕ НА НЕРЕГУЛЯРНОМ ВОЛНЕНИИ

5.1 Анализ результатов расчетов амплитуд качки и ускорений на нерегулярном волнении

5.2 Анализ результатов расчетов сил и моментов волнового дрейфа на нерегулярном волнении

З А К Л Ю Ч Е Н И Е

Л И Т Е Р А Т У Р А

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка метода расчета и исследование параметров совместной качки двух судов на мелководье»

В В Е Д Е Н И Е

Сведения о кинематических соотношениях, характеризующих совместную качку двух судов на волнении, необходимы для решения ряда практических задач мореходности. К числу таких задач относятся, например, передача груза с одного судна на другое, разработка методов снабжения судов топливом, оценка возможности швартовки судов в условиях волнения.

Определение взаимного гидродинамического влияния качающихся на волнении судов в условиях мелководья представляет собой сложную научную задачу от корректного решения которой зависит обеспечение безопасности проведения перевозок в прибрежных районах морей и в мелководных акваториях, грузовых операций, проводимых в портах в условиях волнения.

Гидродинамическое взаимодействие, имеющее место при совместной качке двух судов в жидкости ограниченной глубины приводит к значительному изменению мореходных характеристик обоих судов. Данное обстоятельство связано с изменением распределения гидродинамических давлений на смоченной поверхности каждого судна, вследствие чего изменяются в количественном и качественном отношении суммарные гидродинамические силы, действующие на оба судна со стороны окружающей их жидкости.

В отечественной практике оценка совместной качки двух судов основана на использовании двумерной потенциальной теории и приближенном учете экранирующего влияния одного из судов, как правило, стоящего впереди. Очевидно, что разработка численного метода расчета совместной качки двух судов на мелководье, основанного на трехмерной потенциальной теории является актуальной проблемой, обладает научной новизной и практической ценностью, состоящей в

обеспечении точного определения всех параметров качки обоих судов на любых курсовых углах и произвольных относительных глубинах.

В связи с этим, целью настоящей диссертационной работы является разработка метода и программ расчета гидродинамических и кинематических характеристик совместной качки двух произвольно расположенных судов на мелководье, на основании трехмерной потенциальной теории. Для достижения этой цели в работе поставлены следующие задачи:

• Анализ существующих методов расчета гидродинамических и кинематических характеристик совместной качки судов;

• Разработка трехмерного численного метода и соответствующих программ расчета совместной качки двух судов на регулярном волнении в условиях мелководья;

• Разработка методики расчета сил волнового дрейфа, возникающих при совместной качке судов на мелководье;

• Разработка алгоритма и программы расчета совместной качки и сил волнового дрейфа на нерегулярном волнении;

• Проведение сравнительных и систематических расчетов гидродинамических коэффициентов, возмущающих сил, дрейфовых сил амплитудно-частотных характеристик, ускорений, возникающих при совместной качке на регулярном и нерегулярном волнении;

• Исследование влияния на перечисленные величины: о Изменения расстояния между судами;

о Изменения курсового угла; о Изменения относительной глубины фарватера. Методической и теоретической основой для исследования послужили аналитические и численные методы гидродинамической теории качки, методы прикладного программирования.

Научная новизна:

1. Разработан трехмерный численный расчетный метод для определения параметров совместной качки двух произвольно расположенных судов на мелководье;

2. Впервые проведено систематическое исследование влияния изменения расстояния между судами на характеристики совместной качки судов в условиях мелководья;

3. Разработана методика для определения сил и моментов волнового дрейфа, возникающих при совместной качке;

4. Разработан алгоритм расчета совместной качки двух судов и сил волнового дрейфа на нерегулярном волнении в условиях мелководья и проведено систематическое исследование влияния изменения расстояния между судами, курсового угла, относительной глубины на силы волнового дрейфа и параметры качки.

Достоверность научных положений и выводов, полученных в настоящей работе, подтверждается корректностью математических выкладок, обоснованностью используемых допущений, сравнениями с численными и экспериментальными результатами других авторов. Практическая ценность настоящей диссертации заключается в следующем:

• Разработка метода расчета и соответствующей программы для определения гидродинамических и кинематических характеристик совместной качки двух произвольно расположенных судов на мелководье;

• Разработка методики и программы расчета сил волнового дрейфа, возникающих при совместной качке судов.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы.

Во введении отмечается актуальность и новизна разработки метода расчета совместной качки судов на мелководье.

В первой главе проводится обзор зарубежных и отечественных работ по существующим методам исследования совместной качки судов и возникающего гидродинамического взаимодействия. Обосновываются цели настоящей работы.

Во второй главе формулируется и решается трехмерная задача о совместной качке двух судов на мелководье. Приводится описание численного метода решения данной задачи. Приводится описание методики определения сил волнового дрейфа, действующих на каждое из судов как на регулярном, так и нерегулярном волнении.

В третьей главе проводится исследование гидродинамических и кинематических характеристик совместной качки судов на мелководье. Осуществляется апробация результатов, полученных при использовании разработанного метода и соответствующей программы. Результаты численных расчетов приводятся в сравнении с имеющимися экспериментальными и расчетными данными. Проводятся систематические расчеты с целью изучения влияния изменения расстояния между судами на коэффициенты присоединенных масс и демпфирования, возмущающие силы, амплитуды различных видов качки, ускорения на регулярном волнении.

В четвертой главе рассматриваются результаты расчетов сил волнового дрейфа, возникающих при совместной качке судов на регулярном волнении в жидкости ограниченной глубины. Проводится апробация результатов, полученных по разработанной программе. Выполняются исследования влияния изменения расстояния, курсового угла на все составляющие сил волнового дрейфа.

В пятой главе рассматриваются результаты расчетов амплитуд, ускорений и сил волнового дрейфа, возникающих при совместной качке

судов на нерегулярном волнении на мелководье. Проводится валидация результатов, полученных по разработанной методике. Выполняются исследования влияния изменения расстояния, курсового угла и относительной глубины на все перечисленные характеристики.

В заключении приводятся основные результаты и выводы по всей работе.

Основные результаты, выносимые на защиту:

1) Метод расчета совместной качки двух судов на мелководье.

2) Результаты исследования влияния изменения расстояния между судами на гидродинамические и кинематические характеристики качки судна.

3) Методика расчета сил волнового дрейфа, возникающих при совместной качке судов.

4) Результаты исследования влияния изменения расстояния между судами, курсового угла, относительной глубины на силы волнового дрейфа на регулярном и нерегулярном волнении.

Заключение диссертации по теме «Теория корабля и строительная механика», Аунг Мью Тхант

З А К Л Ю Ч Е Н И Е.

Основные результаты настоящей диссертационной работы заключаются в следующем:

1) Проведен анализ существующих расчетных методов определения гидродинамических характеристик совместной качки двух судов. Показана необходимость разработки трехмерного численного метода для решения данной задачи в условиях мелководного фарватера.

2) Решена пространственная потенциальная задача о совместной качке двух судов на мелководье при их произвольном расположении относительно друг друга. Разработан численный расчетный метод и программа, позволяющие рассчитывать инерционно-демпфирующие, возмущающие силы, амплитуды качки и ускорения обоих судов. В целях апробации, произведены сравнения полученных результатов с экспериментальными и расчетными данными.

3) На основании проведенных систематических расчетов впервые выполнено исследование влияния изменения расстояния между судами на коэффициенты присоединенных масс, демпфирования, возмущающих сил, амплитудно-частотные характеристики различных видов качки и ускорения. Показано значительное влияние уменьшения данного расстояния, проявляющееся в многократном увеличении перечисленных характеристик обоих судов по сравнению с соответствующими расчетами, проведенными для каждого изолированного судна в мелководном фарватере, и сдвигу максимальных значений всех перечисленных характеристик в область высоких частот независимо от глубины фарватера.

4) Разработаны методика и программа расчета сил волнового дрейфа, возникающих при совместной качке двух судов на мелководье на регулярном волнении. Проведена апробация полученных результатов.

5) Проведены систематические расчеты сил волнового дрейфа при совместной качке двух судов при произвольных комбинациях относительной глубины, курсового угла и взаимного расположения судов. Выполнено исследование влияния изменения расстояния между судами на значения всех составляющих сил волнового дрейфа. Показано, что уменьшение расстояния между бортами приводит к увеличению значений сил волнового дрейфа и сдвигу их максимальных значений в зону больших частот.

6) Разработан алгоритм и программа расчета совместной качки судов и сил волнового дрейфа в условиях нерегулярного волнения. Проведенные систематические расчеты и их анализ показали, что:

• В наибольшей степени уменьшение расстояния между бортами судов на нерегулярном волнении влияет на амплитуды бортовой качки при расположении судов лагом.

• В случае совместной качки на встречном нерегулярном волнении возникают поперечно-горизонтальная, бортовая качка , рысканья , поперечные составляющие ускорений, а также горизонтальные силы, кренящие и дифферентующие моменты волнового дрейфа, отсутствующие при качке изолированного судна на встречном нерегулярном волнении. Все перечисленные характеристики значительно возрастают при уменьшении расстояния между бортами судов.

Полученные в работе теоретические результаты являются новыми, представляют практическую ценность и могут быть использованы при разработке алгоритмов расчета и исследований совместной качки двух заякоренных судов в портах и каналах, в задачах динамики ошвартованных у причала судов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Аунг Мью Тхант, 2019 год

Л И Т Е Р А Т У Р А.

1) Абрамовиц М., Стиган Н. Справочник по специальным функциям. М., Наука, 1979.

2) Бородай И.К. , Мореншильдт В.А., Виленский Г.В. Прикладные задачи динамики судов на волнении. Л. Судостроение, 1989.

3) Бородай И.К., Нецветаев Ю.А. Качка судов на морском волнении . Л., Судостроение , 1969.

4) Бородай И.К., Нецветаев Ю.А. Мореходность судов. Л., Судостроение , 1982.

5) Со Мое Аунг. «Разработка методов расчета и исследование качки судна в мелководных стесненных фарватерах». Дисс. На соискание степени к.т.н., СПбГМТУ, 2014.

6) Тан Хтун Аунг. Разработка метода расчета качки судов на мелководье на основе трехмерной потенциальной теории. Дисс. На соискание степени к.т.н., СПбГМТУ, 2011.

7) Щегорец С.В. «Исследование и разработка метода расчета сил волнового дрейфа, возникающих при качке судна на мелководье» Дисс. На соискание степени к.т.н., ФГУП КГНЦ, 2014.

8) Afrizal E., Mufti F.M., Siow C.L., Jaswar. , 2013. Study of Fluid Flow Characteristic around Rounded-Shape FPSO Using RANS Method. The 8th International Conference on Numerical Analysis in Engineering: 46 -56.Pekanbaru, Indonesia.

9) Ali M.T, Inoue Y. On hydrodynamic interaction between two rectangular barges floating side-by-side in regular waves. International Conference on Mechanical Engineering (ICME2005), Dhaka, Bangladesh.

10) Ali M.T, MashiurRahaman M.D, Tasnuva A. A Numerical Study on Hydrodynamic Interaction for a Small 3-D Body Floating Freely Close to a Large 3-D Body in Waves. International Conference on Marine Technology (MARTEC 2010), Dhaka, Bangladesh, 2010.

11) Chen G.R, Fang M.C. Hydrodynamic interactions between two ships advancing in waves. Ocean Engineering, 28(8), 1053-1078, 2001.

12) Duan W., Zhao B. Wave drift forces on two floating bodies arranged side by side. Journal of Marine Science and Application, Volume 10, Issue 4, pp. 394-398, 2011.

13) Duncan J.H., Barr R.A., Liu Y.Z., 1983. Computations of the coupled response of two bodies in a seaway. International Workshop on Ship and Platform Motions.

14) Fang M.C., Chen G.R. On Three-Dimensional Solutions of Drift Forces and Moments Between Two Ships in Waves. Journal of Ship Research, vol.46 (4), pp. 280-288(9), 2002.

15) Fang M.C., Chen G.R. The Relative Motion and Wave Elevation Between Two Floating Structures in Waves. The Eleventh International Offshore and Polar Engineering Conference, 17-22 June, Stavanger, Norway, 2001.

16) Fang M.C., Kim C.H., 1986. Hydrodynamically coupled motions of two ships advancing in oblique waves. Journal of Ship Research 30 (3), 159-171.

17) Garrisson C.J. Hydrodynamic loading of large offshore structures: three-dimensional source distribution methods. Numerical methods in offshore engineering, pp.87-140, 1978.

18) Goo J.S, Yoshida K. Hydrodynamic interaction between multiple three-dimensional bodies of arbitrary shape in waves. Journal of the Japan Society of Naval Architects and Ocean Engineers (165), 193-202, 1989.

19) Hess J.L., Smith, A.M.O., 1964. Calculation of nonlifting potential flow about arbitrary three-dimensional bodies. Journal of Ship Research 8 (2), 22-44.

20) Hong S.Y, Kim J.H, Kim H.J, Choi Y.R. Experimental Study on Behavior of Tandem and Side-by-side Moored Vessels. The Twelfth International Offshore and Polar Engineering Conference, 26-31 May, Kitakyushu, Japan, 2002.

21) Huijsmans R.H.M., Pinkster, J.A. and Wilde, J.J. de. Diffraction and Radiation of Waves around Side-by-side Moored Vessels. The Eleventh International Offshore and Polar Engineering Conference, 17-22 June, Stavanger, Norway, 2001.

22) John F. On the motion of floating bodies. Comm.Pure and Appl. Math., 1950, v. 3, p. 45-101.

23) Journee J.M. Theoretical manual of seaway. Delft University of Technology. The Netherlands. Rep.1216a, 2001.

24) Kashiwagi M. Wave Drift Forces and Moments on Two Ships with Side-by-Side Arrangement. 19th International Workshop on Water Waves and Floating Bodies (Cortona, Italy), 2004, pp.83-86.

25) Kim M. S., Ha M. K., 2002. Prediction of Motion Responses between Two Offshore Floating Structures in Waves. Journal of Ship and Ocean Technology, 6(3), pp. 13- 25.

26) Kodan N., 1984. The Motions of Adjacent Floating Structures in Oblique Waves. Proc. of 3rd Offshore Mechanics and Arctic Engineering, OMAE, New Orleans.

27) Li L., 2007. Numberical seakeeping simulation of model test condition for two-ship interaction in waves. Proceedings of the 26th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, OMAE 2007-29328, San Diego, California, USA.

28) Loken A.E., 1981. Hydrodynamic Interaction between Several Floating Bodies of Arbitrary Form in Waves. Proc. of Int'l Symposium on Hydrodynamics in Ocean Engineering, NIT, Trondheim.

29) McTaggart, David Cumming, Hsiung C.C, Lin L. Seakeeping of two ships in close proximity. Ocean Engineering, vol.30, Issue 8, pp. 1051-1063, 2003.

30) Muhammad Farid Abdul Halim, Jaswar Koto. Hydrodynamic Interaction of Three Floating Structures. Journal of Ocean, Mechanical and Aerospace -Science and Engineering-, Vol.8, pp.1-11, 2014.

31) Ohkusu M., 1969. On the heaving motion of two circular cylinders on the surface of a fluid. Reports of the Research Institute of Applied Mechanics, Kyushu University (Japan), vol. 17, No. 58.

32) Ohkusu M., 1974. Ship motions in vicinity of a structure, Proceeding of International Conference on Behaviour of Offshore Structure, NIT, Trondheim, pp. 284-306.

33) Oortmerssen G. The motions of a ship in shallow water. Ocean Engineering, 1976, vol.3, n4.

34) Oortmerssen G. Hydrodynamic interaction between two structures, floating in waves. BOSS ' 79 (1979), p. 339-356.

35) Oortmerssen G. The motions of a moored ship in waves. Netherlands Ship Model Basin, Wageningen, The Netherlands publication, N 510, 1976.

36) Ron^ss M., 2002. Wave induced motions of two ships advancing on parallel course, PhD Thesis. NTNU.

37) Siow C.L., Jaswar, Afrizal E., Abyn H., Maimun A. & Pauzi M. 2013. Comparative of Hydrodynamic Effect between Double Bodies to

Single Body in Tank. The 8th International Conference on Numerical Analysis in Engineering: 64 - 73. Pekanbaru, Indonesia.

38) Tajali Z. and Shafieefar M., 2011. Hydrodynamic Analysis of Multi-Body Floating Piers under Wave Action. Ocean Engineering, 38(17-18), 1925-1933.

39) Wehausen J.V., Laitone E.V. Surface waves. Encyclopedia of Physics. Berlin, Springer-Verlag, 1960, v.9, p.446-778.

40) Wen S., Guan C., Sun S. Effect of water depth on wind-wave frequency spectrum. Chinese journal of oceanology and limnology. Vol.14, N 2, 1996.

41) Xu X., Faltinsen O.M., 2011. Time domain simulation of two interacting ships advancing parallel in waves, Proceedings of the 30th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, Rotterdam, The Netherlands, pp. OMAE2011-49484.

42) Xu Y., Dong W.C., 2013. Numerical study on wave loads and motions of two ships advancing in waves by using three-dimensional translating-pulsating source. ActaMechanicaSinica 29 (4), 494-502.

43) Yuan Z., Incecik A. Numerical study on the hydrodynamic interactions between two ships arranged side by side ICMT 2014, 7-9 July , Glasgow UK.

44) Yuan Z.M., Incecik A., Validation of a new radiation condition for two ships advancing in waves. Submit to Journal of Fluid Mechanics.

45) Zhang Y., Yu D., Fu S., Guo F., Wei Wei. Wave Drift Forces and Resonance Analysis on Two Ships Arranged Side by Side. 33rd International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering (OMAE2014), San Francisco, California, USA.

46) Zhu R.C, Miao G.P, Zhu H.R. The Radiation Problem of multiple structures with small gap in between. Journal of Hydrodynamics, Ser. B, Vol.18, Issue 5, pp. 520-526, 2006.