专利名称：风浪耦合作用下超大型船舶单点浮筒系泊系统受力分析法的制作方法
技术领域：
本发明涉及防台单点浮筒系泊领域，特别涉及超大型船舶的防台浮筒式风单点系 泊设施的配置。
背景技术：
1991年颁布的国家军队标准《防风系船水鼓》(GJB1119. 91)对军用单点浮筒防台 系泊系统的设计和使用作了规定，但由于理论缺憾和适用性差，特别是针对超大型船舶的 适用性差的原因一直未能得到推广使用，致使我国针对大型和超大型船舶的防台浮筒式风 单点系泊设施的配置一直处于不适应的局面。《防风系船水鼓》(GJB1119.91)作用是保证超大型船舶防风系泊安全。目前，我国 最新的防风系船水鼓国家标准GJBl 119A-2006在GBJl 119-91的基础上进行了修订，不过仍 然缺乏针对超大型船舶的浮筒式单点系泊抗台标准，致使沿海地区抗台的防风单点系泊设 施建设仍处于一种比较困难的状态，相当一部分设施存在安全隐患。原标准暴露出的问题 越来越严重，存在诸多理论和应用上的问题，主要表现在(1)现有的防台浮筒式单点系泊系统研究多限于对非极端海况的小中型船舶或海 军超大型船舶，未见对大型尤其是超大型船舶在以高风速为主要特征的台风状况下的单点 浮筒防台系泊系统的研究。(2)随着我国船舶的大型化和造船业发展，原标准已经不能满足使用要求。原标准 提供的超大型船舶系泊力表达式不全面，系泊力与船长和船宽成正比，而与型深有关的超 大型船舶受风、受流面积等并无直接关系。(3)对台风作用下船舶运动规律、受力特征以及不同水文气象条件对系统的响应 缺乏科学的认识。(4)由于受到海域风载荷、波浪力、水流力等随机因素的综合影响而引起的锚链拉 力的随机动态变化，尤其是在风浪突变和灾害天气下引起的最大瞬态拉力，上述受力的模 型复杂，模型参数需要通过实测数据检验和修正，在缺乏台风作用下的实测数据情况下，难 以建立准确、科学的单点系泊和双点系泊数学模型。(5)不同船型对浮筒系泊系统要求不一样，模型存在一定的差异，而现有模型没有 针对具体船型，针对性差，给实际运用带来诸多不便。本发明主要针对超多型船舶，以30万 吨油船为代表，针对性明星增强，模型的实用性也相应加大。在防风单点系泊系统中，船舶在风浪流作用下产生的系泊力是实际应用中最重要 的问题之一，如何合理地确定系泊力是研究的关键问题。关于单点系泊力计算，欧、美、日等 国都有各自的行业标型，这些标准与论著都是以一定的水域环境为适用条件的，考虑因素 不一，计算公式迥异，计算结果也不一致，难于直接应用，需通过物理模型进行必要的验证 或修正。综上，鉴于目前大多数有关单点系泊系统的研究局限于靠泊装卸作业，较少涉及 到防风状态的单点系泊，而已有的防风单点系泊系统的研究成果不能满足使用要求，尤其是对于超大型船舶的防风单点系泊的研究资料少之甚少。因此，有必要在充分借鉴已有相 关研究成果的基础上，对防风单点系泊系统进行系统研究。
发明内容
本发明的目的进一步采用实测试验、数学仿真和物理模型试验相结合的研究方法 对于超大型船舶的防风单点系泊的系统加以研究；自主开发船舶在台风等极端环境条件 下、在浮筒系泊作用下超大型船舶运动受力数学模型。技术解决方案构建单点系泊和双点系泊数学模型，根据设计风速、设计流速、设 计波浪和设计船型等设计条件，在系泊系统中各种设计工况组合下，分析船舶的可能的运 动状态；并确定船舶在最不利状态下，作用在船上的风荷载、水流力、波浪力以及由其组合 而取得的系缆力和相应的锚链；通过锚链力的实测，与数学模型进行比对，确定单点系泊和 双点系泊数学模型计算的科学性和合理性。单点系泊和双点系泊方式主要由浮筒、锚链和 锚碇组成，单点系泊和双点系泊数学模型主要涉及以下基本力学模型(1)船舶风流作用力和系泊力模型该模型主要通过计算风流对船体的作用力确定船舶通过锚链或缆绳向浮筒施加 的水平系泊力。(2)浮筒的垂向受力模型该模型主要根据防台浮筒使用要求，确定浮筒所受浮力随其吃水的变化率和变化 范围的要求，从而为浮筒的尺度设计提供依据。(3)浮筒的水平恢复力模型该模型借助垂链线方程，确定浮筒的水平恢复力与水平位移之间的对应关系，并 分析锚链长度、重量、水深等要素对上述关系的影响。(4)锚碇受力模型该模型用于确定锚链对锚碇的水平力、上拔力，锚碇的重力，海底摩擦力和岩土弹 性力的作用。其作用是为锚碇的重量和埋深等设计参数提供依据。通过运用上述模型，分析风流耦合作用下大型船舶单点浮筒系泊系统受力，为防 台浮筒设计提供参考依据。具体步骤如下1)受力模型系统及平衡力系的组成(1)风对船体作用力及力矩Xa、Ya, Na的计算
权利要求
1.风浪耦合作用下超大型船舶单点浮筒系泊系统受力分析法，其特征在于构建单点 系泊和双点系泊数学模型，根据设计风速、设计流速、设计波浪和设计船型等设计条件，在 系泊系统中各种设计工况组合下，分析船舶的可能的运动状态；并确定船舶在最不利状态 下，作用在船上的风荷载、水流力、波浪力以及由其组合而取得的系缆力和相应的锚链；通 过锚链力的实测，与数学模型进行比对，确定单点系泊和双点系泊数学模型计算的科学性 和合理性。
2.根据权利要求1所述的受力分析法，其特征在于所述的数学模型确定风对船体作 用力、流对船体作用力、波浪力的作用、海底作用力、船舶系缆力、船舶撞击力以及冲击载 荷。
3.根据权利要求1所述的受力分析法，其特征在于所述的单点系泊和双点系泊方式 主要由浮筒、锚链和锚碇组成，单点系泊和双点系泊数学模型涉及以下基本力学模型船舶 风流作用力和系泊力模型；浮筒的垂向受力模型；浮筒的水平恢复力模型；锚碇受力模型。
全文摘要
本发明为风浪耦合作用下超大型船舶单点浮筒系泊系统受力分析法，提出适合超大型船舶的单点浮筒防台系泊系统系泊力数学模型，对台风环境下非定常运动受力状态进行辨识建模，并对船舶在无动力及台风环境干扰作用下的受力运动进行数学仿真试验和实测验证。通过单点系泊船模在风、流、浪作用下的船舶运动物理模型试验，为数学模型辨识建模提供所需的输入输出数据；通过研究船舶-浮筒运动规律，基于悬链线和二次抛物线理论，推导浮筒式防台单点系泊系统系泊曲线，并分析各组成部分对系泊曲线的影响，解决单点浮筒防台系泊系统设计的关键技术难题。
文档编号B63B9/00GK102092460SQ20101061917
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者吴善刚, 周伟, 李松, 杨小军, 肖英杰, 郭万明 申请人:上海海事大学