Разработка методов расчета и исследование качки судна в мелководных стесненных фарватерах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.01, кандидат наук Со Мое Аунг

• Со Мое Аунг
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Со Мое Аунг

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР МЕТОДОВ РЕШЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ

ЗАДАЧИ КАЧКИ СУДНА В ЖИДКОСТИ С ТВЕРДЫМИ

«

ВЕРТИКАЛЬНЫМИ ГРАНИЦАМИ

ГЛАВА2. ОПИСАНИЕ МЕТОДА РЕШЕНИЯ

2Л Постановка трехмерной задачи качки судна на мелководье вблизи вертикальной стенки

2.2.Определение функции Грина и потенциалов скорости при качке судна вблизи вертикальной стенки

2.3.Определение функции Грина и потенциалов скорости при качке судна в канале

2.4 Определение амплитуд качки и сил волнового дрейфа

ГЛАВА 3 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТОВ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ПРИ КАЧКЕ СУДНА ПАРАЛЛЕЛЬНО

ВЕРТИКАЛЬНОЙ СТЕНКИ

3.1 Влияние вертикальной стенки на коэффициенты присоединенных масс и демпфирования, возмущающие силы и амплитудно-частотные характеристики качки судов

3.2 Влияние вертикальной стенки на дрейфовые силы

ГЛАВА 4 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТОВ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК КАЧКИ СУДНА В КАНАЛЕ

4.1 Исследование влияния ширины канала на коэффициенты демпфирования и присоединенные масс, возмущающих и дрейфовые силы и амплитуды продольной качки

4.2 Влияния скорости на гидродинамические характеристики качки судна в канале

4.3 Влияние произвольного положения судна по ширине канала на характеристики качки

4.4 Влияние количества вертикальных стенок на характеристики продольной качки судна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов расчета и исследование качки судна в мелководных стесненных фарватерах»

ВВЕДЕНИЕ

Несмотря на значительный прогресс в мировом судостроении и эксплуатации флота, ряд существенных вопросов проблем мореходности представляются исследованными в недостаточной степени. К одному из таких вопросов относится определение гидродинамических характеристик судна и амплитуд его качки в условиях стесненного фарватера ( в канале, параллельно причалу).

Рост перевозок в прибрежных районах морей и в мелководных акваториях, грузовые операции, проводимые у причальных комплексов в портах в условиях волнения, обеспечение эффективной швартовки крупнотоннажных судов связаны с определенной опасностью повреждения судна и даже причального комплекса. Корректное определение характеристик качки судна в условиях стесненного фарватера позволит обеспечить безопасность проведения перечисленных работ и уменьшить возможность повреждения судов.

Плавание в условиях фарватера, ограниченного не только по глубине, но и твердыми вертикальными границами ведет к существенному изменению мореходных качеств судов. Данное обстоятельство связано с изменением распределения гидродинамических давлений на смоченной поверхности судна, вследствие чего изменяются в количественном и качественном отношении суммарные гидродинамические силы, действующие на судно со стороны окружающей его жидкости.

Существующие в настоящее время в российской практике методы расчета гидродинамических характеристик качки судна в условиях стесненного фарватера в основном базируются на решении двумерной задачи. Кроме этого, большинство работ ограничено определением коэффициентов присоединенных масс и демпфирования. Очевидно, что решение трехмерной гидродинамической задачи о качке судна параллельно причалу ( параллельно вертикальной стенке) и в канале ( параллельно двум

вертикальным стенкам) является актуальной проблемой, обладает научной новизной и практической ценностью.

В связи с этим, целью настоящей диссертационной работы является разработка методов и программ расчета качки судна на мелководье параллельно вертикальной стенке , имитирующей причал, и качки судна в канале ограниченной глубины на основании трехмерной потенциальной теории. Для достижения этой цели в работе поставлены следующие задачи :

• Анализ существующих методов расчета гидродинамических сил, возникающих при качке судна в стесненном фарватере;

• Разработка трехмерного численного метода и соответствующих программ расчета качки в условиях ограниченного вертикальными границами фарватера;

• Проведение сравнительных и систематических расчетов гидродинамических коэффициентов, возмущающих сил, дрейфовых сил и амплитуд качки параллельно вертикальной стенке и в канале;

• Исследование влияния на перечисленные величины

♦> Изменения расстояния между судном и вертикальной границей;

♦> Изменения ширины канала;

♦> Изменения относительной глубины фарватера.

• Сравнение влияния количества вертикальных границ на гидродинамические характеристики качки при прочих равных условиях

Методической и теоретической основой для исследования послужили аналитические и численные методы гидродинамической теории качки, методы прикладного программирования.

Наиболее существенные результаты и научная новизна работы состоят в разработке новых расчетных методов и основанных на них надежных программных продуктов, позволяющих проводить расчеты качки водоизмещающих объектов в условиях стесненного фарватера..

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 характеристик качки судна на мелководье параллельно вертикальной стенке;

■ Разработка метода и программы расчета продольной качки судна в канале ограниченной глубины.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации были представлены на конференции «ХЬУ Крыловские чтения», 2013 гг.

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

Во введении отмечается актуальность и новизна разработки методов расчета качки судов в стесненных фарватерах.

В первой главе проводится обзор зарубежных и отечественных работ по методам исследования качки судов в канале и параллельно вертикальной преграде. Обосновываются цели настоящей работы.

Во второй главе формулируются и решаются задачи о качке судна на мелководье параллельно вертикальной стенке и о продольной качке в канале ограниченной глубины. Приводится описание численных методов решения данных трехмерных задач.

В третьей главе проводится исследование качки судна на мелководье

параллельно вертикальной стенке. Осуществляется апробация результатов,

полученных при использовании разработанного метода и соответствующей

программы. Результаты численных расчетов приводятся в сравнении с

имеющимися экспериментальными данными. Проводятся систематические

расчеты с целью изучения влияния изменения расстояния между судном и

б

вертикальной стенкой на коэффициенты присоединенных масс и демпфирования, возмущающие силы , амплитуды различных видов качки , силы волнового дрейфа.

В четвертой главе рассматриваются результаты расчетов продольной качки судов в канале ограниченной глубины. Проводится апробация результатов, полученных по разработанной программе. Выполняются исследования влияния ширины канала, скорости хода, положения судна по ширине канала на гидродинамические характеристики качки. Проводится оценка влияния количества вертикальных преград на качку судна.

В заключении приводятся основные результаты и выводы по всей работе.

ГЛАВА1. ОБЗОР МЕТОДОВ РЕШЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ЗАДАЧИ КАЧКИ СУДНА В ЖИДКОСТИ С ТВЕРДЫМИ ВЕРТИКАЛЬНЫМИ ГРАНИЦАМИ.

В отличие от качки судна в безграничной жидкости, число работ, посвященных решению задач гидродинамики качки судов в жидкости с твердыми вертикальными границами весьма ограничено. Одним из первых подобных исследований является работа Степанова В.А. [22,23] в которой предпринята попытка построения гидродинамической теории качки судов , движущихся на отмели параллельно или перпендикулярно линии берега, над существенно неровным дном или в жидкости конечной глубины в присутствии вертикальной стенки. Решение задачи о качке судна на отмели построено в рамках линейной теории волн в предположении об отсутствии их отражения от линии берега. Имеющее место в реальных условиях существенно нелинейное явление разрушения волн на линии берега моделируется логарифмической особенностью в потенциале скоростей. Степановым В.А. сформулированы краевые задачи для потенциала скоростей возмущенного движения жидкости , вызванного изолированным источником, расположенным под свободной поверхностью жидкости, занимающей одну из следующих областей : отмель, водоем с существенно неровным дном или подводным препятствием, водоем конечной глубины с вертикальной стенкой. При этом особое внимание уделено случаям наличия в составе границ области определения искомой функции неподвижной или движущейся прямоугольной вертикальной пластины , оставляющей за собой полубесконечную полосу разрыва касательных скоростей . Контур указанной неподвижной пластины или движущейся пластины вместе с примыкающей к ней полосой разрыва касательных скоростей является линией ветвления потенциала скоростей источника . В указанных случаях при формулировке краевой задачи постулировано поведение функции в окрестности линии ее ветвления. В данной работе получено также выражение для потенциала

скоростей изолированного источника, движущегося на отмели параллельно линии берега или над существенно неровным дном. Кроме этого, сформулированы краевые задачи для потенциалов скоростей возмущенного волнового движения, вынуждаемого качкой судна , движущегося на отмели , над существенно неровным дном или в жидкости конечной глубины в присутствии твердой стенки. Построены решения сформулированных задач и получены выражения для потенциалов скоростей возмущенного движения жидкости. К сожалению, рассматриваемая работа ограничена только теоретическими разработками. Какие-либо результаты расчетов в ней отсутствуют.

В работе Воробьева П.С., Павленко В.Г. [6],[7] с помощью метода Блоха Э.Л. и Гиневского А.С.[3] были проведены систематические расчеты присоединенных масс трехосных эллипсоидов , движущихся в канале прямоугольного поперечного сечения . На основе этих расчетов, результаты которых представлялись графически, был предложен метод определения присоединенных масс речных судов.

Капустянский С.М., Марченко Д.В. [11] провели численное исследование зависимости присоединенной массы прямоугольного понтона в прямоугольном канале . Ими рассматривалась присоединенная масса Я22. Ширина канала , отнесенная к осадке понтона 1/Т==14,8, относительная глубина канала Ь/Т=0,2 , относительная ширина понтона В/Т=4. В процессе счета менялось расстояние понтона от стенки канала. Оригинальность данного исследования определяется двумя обстоятельствами :

1. Граничное условие на свободной поверхности рассматривалось в виде

— ь Ь(р = 0;при этом параметр Ь изменялся от 0 до оо;

дг

2. Исследовались отрывная и безотрывная схемы обтекания.

В результате выполненных расчетов установлено, что при всех значениях b присоединенная масса , полученная при безотрывном обтекании в 1,7 раза больше соответствующей величины при отрывном обтекании.

В работе Воробьева IO.J1. [8], [9] проведено теоретическое исследование изменения посадки судна при его поступательном движении с постоянной скоростью параллельно бровкам морского подходного канала. В предположении о том, что мелководье является значительным, а судно -удлиненным ,решена краевая задача для потенциала возмущенных скоростей жидкости , определены гидродинамические вертикальная и поперечная силы, дифферентующий момент и момент рысканья. Найдены изменения посадки движущегося судна по сравнению с его посадкой при отсутствии хода. Дана упрощенная методика определения погружения оконечностей судна, идущего в подходном канале к морскому порту. Решение задачи осуществлено методом сращиваемых ассимптотических разложений (САР). Качка судна в данном исследовании не рассматривалась.

Среди зарубежных работ одними из первых в рассматриваемом направлении являются работы Fujino M., Bai K.J.. В работе Fujino M. [31] приведены расчеты присоединенных масс колеблющегося прямоугольного понтона вблизи плоских стенок. Постановка задачи отличается граничным условием на свободной поверхности , где в предположении весьма большой

частоты колебаний используется условие ср = О вместо — = 0 . Допустимость

dz

указанного условия следует из общих соображений о постоянстве давлений и малости возмущений свободной поверхности. Приведены результаты расчетов присоединенных масс при горизонтальных и вертикальных колебаниях понтона вблизи вертикальной стенки в зависимости от изменения относительного расстояния до вертикальной стенки для различных относительных глубин канала. Полученные результаты показывают значительное увеличение обеих присоединенных масс Л,, и /ц3 при

одновременном уменьшении относительной глубины и расстояния до вертикальной стенки.

В работе Bai K.J. [26],[27] решена двумерная задача определения присоединенных масс Л,2 для цилиндрических тел различных форм в прямоугольном канале. Задача решена с помощью метода конечных элементов для двух предельных значений частот со=0 и со=оо .Присоединенные массы определены для круглого , прямоугольного , треугольного цилиндров и цилиндра, имеющего в сечении форму Льюиса. Полученные Bai результаты приведены для различных отношений ширины канала и ширины цилиндра Ь/а и глубины канала к осадке d/c. Из приведенных в работе таблиц значений присоединенных масс видно, что уменьшение относительных ширины и глубины канала приводит к значительному увеличению данных величин. Например, для прямоугольного

цилиндра при со=0 и Ь/а=1.1 имеем ^ ^с—!-—1.725; при со=0 и d/c=1.05

À22(d le = 1.1)

^ ^а—î—^ = 2.468. В случае бесконечной частоты со=оо и Ь/а=1.1 получено Л22(Ыа = 1.5) 3 J

-- = 1.187, в то время как для со=со и а/с=1.05 -- = 16.67.

À22(d/c = 1.1) ^ Л22(Ь/а = \.5)

Аналогичные результаты получены и для других форм цилиндров. Таким образом, при увеличении частоты в большей степени влияет изменение относительной ширины канала, а при со=0 влияние относительной ширины и глубины сопоставимы.

Изложенный в работе метод позволяет также определять присоединенные массы и для цилиндров , расположенных в произвольной точке канала.

Исследование Demirel V., Wang S. [29] посвящено решению двумерной задачи о плавающем теле произвольной формы в прямоугольном канале.

При построении решения область, занимаемая жидкостью была разделена на

и

две зоны- внутреннюю и внешнюю. Для поиска решения во внутренней зоне авторами использовался метод конечных элементов, во внешней зоне -аналитическое выражение для потенциала скорости движения жидкости . Для реализации решения во внутренней области авторы используют

простейшую функцию Грина вида G{x.y.^rf) = — \nR .

2тг

В рассматриваемой работе приведены результаты расчетов коэффициентов присоединенных масс и демпфирования при вертикальных и горизонтальных движениях понтона прямоугольной формы для различных отношений относительных глубины и ширины канала в широком диапазоне изменения частот , в отличии от ранее рассмотренных работ. Полученные результаты Demirel, Wang показывают, что уменьшение относительной ширины канала приводит к возрастанию всех гидродинамических коэффициентов особенно в зоне низких частот. Авторами также проведено исследование влияния величины сдвига прямоугольного понтона относительно оси прямоугольного канала е . Численными расчетами показано, что данная величина практически никак не влияет на коэффициенты демпфирования и присоединенные массы при вертикальных движениях. В случае горизонтальных движений , влияние сдвига е наоборот весьма значительно. Увеличение данной величины приводит не только к возрастанию гидродинамических коэффициентов , но и к сдвигу их максимальных значений в зону низких частот.

Влияние вертикальных стенок на амплитуды продольной качки судна, движущегося в канале впервые было доведено до численных результатов в работе Hanaoka [33]. В ней предлагается метод расчета возмущающих сил, действующих на судно при качке в канале бесконечной глубины, основанный на применении модели тонкого судна типа Митчелла и метода зеркальных отображений. Приведены результаты расчетов возмущающих сил и моментов, а также амплитуд вертикальной и килевой качки.

Вслед за Напаока, задача о качке судна в канале ограниченной глубины с учетом скорости хода была рассмотрена в работах Такак1 [55], [56]. Метод , предлагаемый Такак1 основан на использовании модели удлиненного судна и метода зеркальных отображений для учета влияния вертикальных стенок канала. Изложенный метод, несмотря на громоздкость, позволяет определять гидродинамические коэффициенты присоединенных масс и демпфирования, возмущающие моменты и силы, действующие при продольной качке , а также амплитудные и фазовые характеристики самой качки при разных глубинах канала. На рис. 1.1,1.2 приведены некоторые результаты расчетов амплитудно-частотных характеристик вертикальной и килевой качки , полученные Такак1 для различных относительных глубин в сравнении с экспериментом. При этом отношение ширины канала к ширине судна ВкУВ=8.11.

* !

87 • Л) - 0 10

' г/г.и ——

5(/ р лчМзЛ - - - -Л = <сгЦгг//4 |

т-

02 04 се се КО 12 14

и1т 9 '

ГашОЮ Й/Ы.З

Ргмщ;

Ипр /ц1пе4 • . . .

Еярвппн^м й Л • ШМ/4 (

Рис. 1.1 Амплтудно-частотные харамеристики вертикальной и килевой качки для

относительной глубины канала Ь/Т=1.3

Чл \

N

10-

\

05-

0 02 с 4 06 08 /0 1.2 1-1

-1-1-1-—-Г-"—"Т-

0 0.2 0.1 0.6 0.3 1.0 1.2 I 4

Г

Рис. 1.2 Амплитудно-частотные характеристики вертикальной и килевой качки для

относительной глубины канала Ь/Т=1.8

Приведенные результаты наглядно демонстрируют наличие многочисленных резонансов вертикальной и килевой качкой, вызванных влиянием вертикальных стенок , по сравнению с аналогичными расчетами качки для судна в безграничной жидкости.

В работе ТаБа1, Такакл [57] проводились экспериментальные измерения коэффициентов присоединенных масс, демпфирования, возмущающих сил и амплитудно-частотных характеристик качки при движении модели судна в мелководном канале. Все графически представленные экспериментальные измерения коэффициентов присоединенных масс и демпфирования имеют ряд холмов и впадин рис. 1.3, что обусловлено интерференцией волн, отраженных от вертикальных стенок с волнами, вызванными соответствующими видами колебаний.

Л) Б)

Рис.1.3 Значения присоединенной массы при вертикальной качке(а) и коэффициента демпфирования при килевой (б)

Следующей работой по изучению влияния вертикальных стенок канала бесконечной глубины на гидродинамические силы, возникающие при продольной качке движущегося судна, является работы Kashiwagi [39], [40]. Решение задачи основано также на применении модели удлиненного судна.

Область, занимаемая жидкостью , разделяется на внутреннюю и внешнюю зоны , в каждой из которых отдельно отыскивается решение с последующим их сращиванием. При поиске решения во внешней зоне автором учитывается влияние трехмерности и вертикальных стенок канала. Неизвестные потенциалы определяются как

(1.1)

£

Для определения функции Грина используется метод зеркальных отображений:

в(х,у,г) = С0(х,у,2) + О, (дг,у,г), (1.2)

где С0-функция Грина для бесконечно-глубокой жидкости, О, -функция Грина , учитывающая влияние вертикальных стенок.

При построении решения во внутренней зоне искомые потенциалы удовлетворяют только двумерному уравнению Лапласа и условию на свободной поверхности. Влияние трехмерности и вертикальных стенок во внутренней зоне не учитывается. Потенциалы определяются как

<p.(x,y,z) =

j^j

с Хх) + — <J ,{х)

J (О

С, (x){at (х) - а, (х)}з2Р (у. z) -

(1.3)

-в'к: cos^2/C/(x)ct/(x).

Неизвестными являются интенсивности во внешней зоне и СДх) -во

внутренней. Данные величины определяются посредством сращивания полученных решений в этих двух зонах.

На основании разработанного метода Kashiwagi были рассчитаны гидродинамические коэффициенты присоединенных масс и демпфирования , возникающих при продольной качке удлиненного сфероида с отношением Ь/В=8, движущегося со скоростью Рг=0.1 в канале бесконечной глубины с относительной шириной Вк/В=16. На рис. 1.4,1.5 приведены характерные результаты в сравнении с расчетами для случая движения судна в безграничной жидкости.

A «/PV

Ptoteta Spharold L/B-e at Fn»0.1

In Op«n Saa

---Strip Thaory

---------Slander Ship Theory

with SIPe -Wall Effect (Br/B>16l - 6lender Ship Theory

8.Or Bjl/P'v^Tt

Рис. 1.4 Значения коэффициентов присоединенной массы и демпфирования при вертикальной качке удлиненного сфероида.

Рис. 1.5 Значения коэффициентов присоединенной массы и демпфирования при килевой

качке удлиненного сфероида.

Также как и в работе Така1а, видно , что влияние вертикальных стенок проявляется в появлении многочисленных пиков на графиках зависимостей гидродинамических коэффициентов от безразмерного волнового числа по сравнению с соответствующими графиками , полученными для случая безграничной жидкости. В ряде случаев присоединенные массы имеют отрицательные значения. Частоты , соответствующие резонансным пикам, определяются из следующего соотношения [39]:

со = л/^2л777 / Вк . т = 1.2.3............(1.4)

Из выражения ясно, что чем больше ширина канала , тем больше резонансов будет иметь место в области низких частот . Уменьшение ширины канала, наоборот, приведет к сдвигу первого резонансного пика в область высоких частот. Недостатком работы является между тем отсутствие расчетов возмущающих сил и качки.

Параллельно с вышеизложенными методами в 70-х годах зарубежными исследователями начали разрабатываться алгоритмы и программы, реализующие решение гидродинамической задачи о качке судна в трехмерной постановке и позволяющие моделировать

I /

поведение судов и объектов океанотехники как сложных пространственных тел в условиях морского волнения.

Оортмерссен решил [45], [46],[24] линейную гидродинамическую задачу о качке судна без хода на мелководье в трехмерной постановке. Потенциал скорости движения жидкости представляется в виде распределения единичных пульсирующих источников по смоченной поверхности тела :

(р](х,,х2,х})=^- ||сгу(я,,а2,а3)С](х],х2,х,,а^а2,а.(и)

где сг/ (а,,а2,«3) - неизвестные интенсивности источников , подлежащие определению; (хр х2,х3, а,, а2,а3)- функция Грина для жидкости ограниченной глубины.

Неизвестные интенсивности источников определяются из кинематического граничного условия на поверхности тела. Задача сводится к решению системы интегральных уравнений Фредгольма второго рода, по своей структуре аналогичных соответствующим уравнениям, получаемым при решении двумерной задачи. Для численного решения данных уравнений смоченная поверхность разбивается на конечное число плоских элементов -панелей. При этом точность получаемых результатов возрастает при увеличении количества панелей. Однако увеличение числа панелей ведет также и к увеличению времени расчета.

В работе Оортмерссена [46] также показана возможность решения трехмерной задачи о качке судна на мелководье вблизи вертикальной преграды, например причала. Для этого потенциал скорости движения жидкости следует представить в виде :

^Дх,,х,,х3) = Г[сг +

4л" > ' " " (1.6)

+ С ){хх, х2, х,. а, ,2 И - а2.а}1))с18 ,

где /г-расстояние вертикальной преграды до диаметральной плоскости судна.

Представленные экспериментальные данные показывают значительное влияние вертикальной преграды на гидродинамические коэффициенты . Так, чем меньше расстояние между судном и причалом , тем больше становятся коэффициенты демпфирования (рис. 1.6)

DISTANCE BETWEEN SHIP'S SIDE AND QUAY ----S25m ____16 50 m ___?5 75 m _ _ 33 00 m ^ ___4125 m | ac m \

Г 1 1 1

Ь 4 ! ф" \ I \ \ \ \

р ' ч 4

A i' DISTANCE BETWEEN SHIP'S SIDE AND QUAY > 75 m 16 50 m ______ 25 75 m ____ 33 00 m ________ 4125 m ■s- m

1 i i i <

ы w Ж - WA i

4._

А)

В)

Рис. 1.6 Влияние вертикальной преграды на коэффициенты демпфирования /л22 (А)

и //33 (Б)

Коэффициенты присоединенных масс становятся отрицательными при значении безразмерного параметра со — > 2, что подтверждается как

и

теоретическим путем, так и экспериментальным.

В работе Баи^ап, КиЬо [50], [51], [52] рассмотрена задача о колебаниях заякоренного судна, расположенного параллельно вертикальной стенке, имитирующей набережную и задача о колебаниях судна , расположенного между тремя вертикальными стенками , имитирующими зону в гавани между двумя причалами и набережной. Метод решения основан на использовании трехмерной функции Грина и метода зеркальных отображений. Полученные теоретические результаты сопоставляются с экспериментальными данными. На рис. 1.7 показаны результаты расчетов амплитудно-частотных характеристик

различных видов качки заякоренного судна , расположенного параллельно вертикальной стенке лагом к набегающему волнению. Видно, что теоретические расчеты бортовой вертикальной и поперечно-горизонтальной качки хорошо согласуются с экспериментальными значениями.

Рис. 1.7 Амплитудно-частотные характеристики бортовой , вертикальной и поперечно-горизонтальной качки заякоренного судна , расположенного

параллельно вертикальной стенке

Амплитудно- частотные характеристики вертикальной и поперечно-горизонтальной качки имеют несколько пиков , обусловленных как влиянием вертикальной стенки так и якорных связей.

На рис. 1.8 показаны результаты расчетов амплитудно-частотных характеристик качки заякоренного судна , расположенного между тремя вертикальными стенками, две из которых параллельны диаметральной плоскости , а третья- плоскости мидель шпангоута. Из полученных Sawaragi, КиЬо результатов видно, что наличие сразу нескольких вертикальных границ приводит к многократному увеличению амплитуд всех трех видов качки и наличию многочисленных резонансных режимов, обусловленных не только влиянием вертикальных стенок , но и взвимодействием различных видов качки . Так , резонанс вертикальной качки , имеющий место при Т = Т„п и Т = ТЦИ приводит к появлению резонансов бортовой и поперечно-горизонтальной качки для тех же значений периодов.

3 о -

Из «

1 о ■ 1 00 I—

oiT

3 <

2 < ) < О

с

Рис.1.8 Амплитудно-частотные характеристики поперчно-горизонтальной. вертикальной и бортовой качки заякоренного судна , расположенного между тремя

вертикальными стенками. А резонанс бортовой качки при Т = Т"<п и Т = Т,1 приводит к появлению

соответствующих резонансов вертикальной и поперечно-горизонтальной качки (рис.1.8)

Дальнейшее развитие вычислительной техники позволило перейти к расчету нелинейных сил, возникающих при качке различных объектов вблизи вертикальных границ. Так, в работе D. Wang, Z.Zou [66] изучаются нелинейные возмущающие силы , действующие на шпангоутные сечения, расположенные параллельно вертикальной стенке. Для определения действующих сил разработана численная двумерная модель во временной области. Область, занимаемая жидкостью, разделена на две зоны -внутреннюю и внешнюю. Внутренняя зона представляет собой пространство между вертикальной стенкой, дном и шпангоутным сечением. Все остальное пространство относится к внешней зоне. Для определения характеристик

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Со Мое Аунг, 2014 год

ЛИТЕРАТУРА.

1) Абрамович M., Стиган H. Справочник по специальным функциям. М., Наука, 1979.

2) Басии A.M. , Веледницкий И.О., Ляховицкий А.Г.

«Гидродинамика судов на мелководье ». Ленинград, изд. Судостроение , 1976.

3) Блох Э.Л., Гиневский A.C. О движении системы тел в идеальной жидкости . В сб.НТО Судпрома им.акад.А.Н.Крылова,1963.

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

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

6) Воробьев П.С., Павленко В.Г. , Рудин С.И. Анализ и метод определения коэффициентов присоединенной инерции, используемых в расчетах управляемости судов на ограниченной глубине. Труды НИИВТа , Новосибирск 1970, вып.44, с.3-51

7) Воробьев П.С. , Долгушин Г.С. Определение коэффициентов присоединенных масс эллиптического цилиндра при движении его вдоль одной и между двумя стенками. Труды НИИВТа, Новосибирск 1966, вып.21,с.81-84

8) Воробьев Ю.Л. « Гидродинамика судна в стесненном фарватере ». С.-Петербург, изд.Судостроение, 1992.

9) Воробьев Ю.Л. « Экспериментальные исследования

возмущающих сил на косом волнении в условиях мелководья». Судостроение и судоремонт. Сб. науч. тр.ЦРИА Морфлот, 1978, вып. 10, стр. 16-20.

10) Дмитриева И. Н. Применение численных методов в решении пространственных потенциальных задач гидродинамики судов и средств океанотехники. С.-Петербург, СПбГМТУ, 1996.

11) Капустянский С.М., Марченко Д.В. Теоретические рекомендации по определению присоединенных масс воды при движении судов по каналу. Труды ЛПИ 1976, N 346, с.63-67

12) Коротким А.И. Присоединенные массы судостроительных конструкций. Санкт-Петербург, Мор Вест 2007.

13) Костюков A.A. Теория корабельных волни волнового сопротивления . Ленинград, Судостр. Промышленность, 1959.

14) Костюков A.A. Взаимодействие тел, движущихся в жидкости. Ленинград , судостроение , 1972.

15) Луговский В.В. « Качка корабля ». С.-Петербург, 1999.

16) Ремез Ю.В. Качка корабля. Л., Судостроение, 1983.

17) Со Мое Аунг Определение сил волнового дрейфа при качке судна параллельно вертикальной преграде на мелководье. Морской Вестник, Специальный выпуск N1 (124),2012, с.25-28

18) Со Мое Аунг, Семенова В.Ю. Исследование влияния вертикальной стенки на гидродинамические характеристики судна при его качке на мелководье. Морские интеллектуальные технологии N 3 (17), 2012,с.41-46

19) Со Мое Аунг , Семенова В.Ю Исследование продольной качки в канале ограниченной глубины. Морские интеллектуальные технологии, N 3( 21),2013 ,19-23

20) Со Мое Аунг , Семенова В.Ю О влиянии произвольного положения судна по ширине канала на характеристики качки . Морские интеллектуальные технологии, N 4( 22),2013 ,35-40.

21) Сретенский Л.Н. Теория волновых движений жидкости. М., Наука, 1977.

22) Степанов В.А. Гидродинамика качки судов в жидкости с твердыми границами. Дисс. На соискание уч.степени д.т.н., НКИ, Одесса, 1972.

23) Степанов В.А. Гидродинамика продольной качки судна в жидкости переменной глубины.Труды НКИ, вып.38,1970

24) Тан Хтун Аунг. Разработка метода расчета качки судов на мелководье на основе трехмерной потенциальной теории. Дисс. На соискание уч.степени к.т.н. СП6ГМТУ,2011.

25) Хаскинд М.Д. Гидродинамическая теория качки корабля. М., Наука, 1973

26) Bai K.J. Sway Added-Mass of cylinders in a canal Using Dual-Extremum principles. Journal of Ship Research, vol.21, N 4,1977,pp. 193199

27) Bai K.J. Added mass of a rectangular cylinder in a rectangular canal. Hydronaut, 1977,vol. 11 ,N1 ,pp.29-32

28) Beukelman W., Huijsmans R.M. Calculation methods of hydrodynamic coefficients of ships in shallow water. Int. Shipbuilding Progress, vol.31, N 360,1984.

29) Demirel V., Wang S. Hydrodynamic coefficients of a floating body over a trenched channel. Int. Shipbuilding progress, vol.37, N 410,pp. 199215,1990/

30) Faltinsen O.M., Michelsen F. The motions of large structures in waves at zero Froude number. Symp.on the Dynamics of Marine Vehicles andStructures in Waves,London,1974.

31) Fujino M. The effects of the restricted waters on the added mass of a rectangular cylinder. The 11-th Symposium on Naval Hydrodynamics , London-New-York, 1976,pp.655-670

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

33) Hanaoka T. On the side-wall effects on the ship motions among waves in a canal. J.S.N. A. of Japan, vol.102, 1958

34) Inglis R.,B- i Price W.G. A three dimensional ship motion theory : calculation of wave loading and responses with forward speed. TRINA, vol.124, 1982, pp.183-191.

35) Inglis R.,B- » Price W.G. Motions of ships in shallow water . TRJNA, vol.122, 1980, pp. 325-337.

36) Inglis R.,B. i Price W.G. A three dimensional ship motion theory: comparison between theoretical predictions and experimental data of the hydrodynamic coefficients with forward speed. TRINA, vol.123, 1981, pp.141-157.

37) Islam M.N., Baree M.S. Computation of ship responses in waves using panel method. Joun. of Naval Architecture and Marine Engineering, vol.1, 2004, pp.35-46.

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

39) Kashivvagi M., Ohkusu M. Side-wall effects on hydrodynamic forces acting on a Ship with forward speed and oscillatory motions. Fifth International Coference on Numerical Ship Hydrodynamics, pp.499-512,1990

40) Kashiwagi M. Radiation and diffraction forces acting on an offshore-structure model in a towing tank. International Journal of Offshore and Polar engineering, 1, 1991,pp. 101-107.

41) Kimmoun O, Molin B. Wave-drift force ona rectangular barge by a vertical wall. The 26th International Workshop on Water Waves and Floating Bodies ,2011,Athens ,Greece.,pp.81-85

42) Kumar B. Dynamic analysis of floating quay and container ship for container loading and offloading operation. Thesis. Texas University,2005.

43) Lim S.H. Global performance analysis of a floating harbor and a container ship for laoding and offloading operations . Thesis, Texas University,2007.

44) Newman J.N. Algorithms for the free-surface Green function. Journal of Engineering Mathematics v.l9,pp.57-67,1985

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

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

47) Pinkster I.A. Low Frequency Second-Order Wave Exciting Forces on Floating Structures Netherlands Ship Model Basin, Wageningen-Netherlands N 650, p.240

48) Pinkster J.A. and Van Oortmerssen G. Computation of the first and second order wave forces on bodies oscillating in regular waves. 2 th Int. Conference on Numerical Ship Hydrodynamics, Berkeley, 1977

49) Salvesen N., Tuck E., Faltinsen O. Ship Motion and Sea-Loads. TSNAME, 1970,v.78, pp.250-287

50) Sawaragi T., Kubo M. The motions of a moored ship in a harbor basin. Coastal engineering, N 18, 1982, pp 2743-2753

51) Sawaragi T., Kubo M. Computation on wave height distribution in a slip by the method of images. The Journal of Japan Institute of navigation, vol.65, pp. 107-113,1981.

52) Sawaragi T., Kubo M., Kyotani T. Motions of a moored ship along the perforated quay wall. Coastal Engineering in Japan, vol.23, pp.277-286,1980

53) Shen J., Qin H. Green function with dissipation and side wall effect

th f h

in wave tanks. The 25 26 International Workshop on Water Waves and Floating Bodies ,2010,Harbin,China,pp. 129-133

54) Shen J., Qin H. Tank Green function with partial reflections from

___ th

side walls.The 26 International Workshop on Water Waves and Floating Bodies ,2011,Athens ,Greece.,pp. 177-181

55) Takaki M. Effects of Breadth and Depth of restricted waters on longitudinal motions in waves. J. Soc. Nav. Arch. Of Japan, N 143, ppl73-184, 1979.

56) Takaki M., Ganno M. A calculation of finite depth effect on ship motions in waves. J.S.N. A. of Japan, vol. 122,1967

57) Takaki M., Tasai F. Ship motions in restricted waters . Res.Inst, of

Appl.Mech., Kyushu University, Japan , vol.26, N81,1978.

58) Tuck E.O. Ship Motions in shallow water. Journal of ship research , vol.14, 1970,pp.317-328

59) Vantorre M. Review of practical methods for assessing shallow and restricted water effects.Int. Conference on Marine Simulation and ship Maneuverability workshop,2003, Japan, pp. 1-11

60) Wang D., Zou Zhiti Study of non-linear wave motions and wave forces on ship sections against vertical quay in a harbor. Ocean Engineering, N34, pp.1245-1256, 2007.

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

62) Wehausen J.V. The motion of floating bodies. Annu. Rev. Fluid Mech., 1971,v.3,p.237-268.

63) Xia J., Krokstad J.R. Wave forces on a body in confined waters. 14th Australasian Fluid Mechanics Conference, Adelaide University, Australia,2001.

64) Xia J. Some insight into the Green function of the channel problem.

fh

17 Intrnational Workshop on water waves and Floating Bodies, Cambridge,UK,2002

65) Xia J. Evaluation of the Green function for 3-D wave-body interactions in a channel. Journal of Engineering mathematics, v.40, pp. 1-26, 2001.

66) Zhou Z.X., Edmond Y.M.,Tan S.K. Effect of shallow and narrow water on added mass of cylinders with various cross-sectional shapes. Ocean Engineering, vol.32, pp.1199-1215,2005.