基于MMG和多体动力学的船舶动力响应研究

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目前,国内外学者针对船舶在水中的运动研究主要以船舶的操纵性为主,船舶的操纵性是衡量一艘船舶航行性能的重要指标。研究船舶操纵性主要有“整体法”和“分离法”(MMG),因“整体法”对研究船舶的整体数据要求高而适用度狭窄,故“分离法”成为研究船舶运动的主要方法。国内外学者通过“分离法”(MMG)构建船舶在静水中的四自由度或六自由度操纵模型,作用于船舶上的力包括裸船体自身的惯性力和粘性力,由推进装置作用产生的螺旋桨力和舵力,并对船体、螺旋桨和舵之间的相互作用加以考虑,再联合分析船舶在不同风、浪、流下的运动状态,但是考虑锚泊或船上结构运动影响的动力响应研究较少,因此本文提出“分离法”(MMG)和多体动力学对船舶进行动力响应研究。
  本文基于ANSYS-SCDM平台建立船舶三维实体模型,依照“分离法”(MMG)思想,针对裸船体、螺旋桨、舵的数学模型构建船舶的运动模型,再根据实际工程要求,利用多体动力学施加船舶受到的其它力、力矩,从而构建联合动力仿真模型,开展船舶多体动力响应研究。
  本文以运输船、助航标志船及自卸砂船为例,开展船舶动力联合仿真研究。
  (1)分析运输船在横向立杆锚泊状态下,不同工况时船舶运动状态及所能承受的最大正横迎流。结果表明该运输船在横向锚泊状态下,随着船舶载货量的增加,船舶排水量相应增加,重心相对降低,抗倾覆能力相对下降,抵抗横向来流的能力下降。
  (2)分析助航标志船在流体力及锚链载荷下的动力学响应,确定适合的助航标志船升降系统。结果表明运用荷载缓和体系原理,采取艏锚块与平衡块相结合的形式,能够满足助航标志船水域水位升降变化工况对于助航标志船横向位移、纵向位移以及垂向位移等方面的相关要求,该设计方案可行。
  (3)分析自卸砂船输送带架在不同角度、不同速率平转时,船舶运动状态及对稳性的影响。结果表明随着自卸砂船输送带架平转角度的增加,横倾变化减小;随着输送带架平转速率的增加,横倾变化增加。
  (4)由以上三艘实船动力学研究,可知本文所建立的基于“分离法”和多体动力学的船舶动力学联合仿真能够解决实际工程问题,对相似问题的研究提供了参考。
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