Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Теория корабля

Диссертационная работа:

Семенова Виктория Юрьевна. Разработка метода расчета нелинейной качки судов : Дис. ... д-ра техн. наук : 05.08.01 СПб., 2005 360 с. РГБ ОД, 71:06-5/458

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение. 5

Глава 1 Основные направления в изучении теории нелинейной качки.. Состояние вопроса. 10

Глава 2. Общая задача нелинейной качки судов. 46

2.1 Системы координат. Граничные условия. 46

2.2 Обоснование метода решения. Линеаризация граничных условий. 51

2.3 Постановка плоской гидродинамической задачи 59

2.4 Применение метода конформного отображения контуров в расчетах качки. Метод много

параметрической конформной аппроксимации 70

Глава 3. Решение плоской задачи. Метод определения нелинейных гидродинамических сил второго порядка, возникающих при колебаниях контура на взволнованной поверхности жидкости. 82

3.1 Определение гидродинамических сил, возникающих при изолированных вертикальных,

поперечно-горизонтальных и бортовых колебаниях контуров на тихой воде 87

3.2 Взаимосвязанные поперечно-горизонтальные, вертикальные и бортовые колебания контура на тихой воде.

3.3 Определение нелинейных гидродинамических сил, возникающих в результате дифракции волнения на неподвижных контурах 118

3.4 Определение нелинейных сил, возникающих при изолированных поперечно-горизонтальных, вертикальных и бортовых колебаниях контура на регулярном волнении. 132

Глава 4. Результаты расчетов нелинейных гидродинамических сил. 143

4.1 Анализ результатов расчетов гидродинамических сил, полученных на основании разработанного метода. 146

4.2 Влияние теоретических аппроксимаций контура на значения нелинейных сил 183

4.3 Влияние параметров контура на значения нелинейных гидродинамических сил 192

Глава 5. Разработка метода расчета и исследование поперечной и продольной качки судна на регулярном волнении с учетом нелинейных факторов. 203

5.1 Дифференциальные уравнения поперечной качки судна, расположенного лагом к волнению. 203

5.2 Расчет продольной качки с учетом нелинейных гидродинамических сил. 222

5.3 Расчет нелинейных перерезывающих сил и изгибающих моментов при движении судна на встречном волнении. 244

5.4 О возможности приближенного учета влияния нелинейных гидродинамических сил

второго порядка на АЧХ качки судна на косых курсах по отношению к волнению. 251

5.5 Применение разработанного теоретического метода к расчетам качки на нерегулярном волнении. 258

Глава 6. Анализ результатов расчетов нелинейной качки. 265

6.1 Анализ результатов расчетов нелинейной поперечной качки. 266

6.2 Анализ результатов расчетов нелинейной продольной качки. 308

6.3 Анализ результатов расчетов перерезывающих сил и изгибающих моментов, возникающих при продольной качке. 326

6.4 О приближенной оценке амплитуд нелинейной качки на произвольных курсовых углах. 333

6.5 Оценка амплитуд качки на нерегулярном волнении с учетом нелинейных факторов. 340

Заключение. 346

Литература 351

 

Введение к работе:

Определение характеристик движения судна на волнении является основным и важнейшим этапом при оценке его мореходности. Анализ мореходных качеств основывается , в первую очередь, на дифференциальных уравнениях, описывающих поведение судна на взволнованной поверхности. Возросшие с развитием теории корабля требования к точности расчетов характеристик мореходности кораблей и судов и надежной оценке безопасности судна в штормовых условиях приводят к необходимости уточнения этих уравнений и переходу от линейных подходов и методов исследования к более точным методам нелинейной теории качки.

Полноценное решение ряда практически важных задач, связанных с оценкой мореходности в экстремальных условиях плавания, в настоящее время вообще невозможно без учета нелинейного взаимодействия корпуса судна и жидкости. К таким задачам, в частности, относятся :

1) определение максимальных амплитуд качки в условиях интенсивного шторма;

2) расчет амплитуд бортовой качки судов с малой метацентрической высотой и S-образной диаграммой остойчивости ;

3) оценка интенсивной заливаемости палубы и оголения днища;

4) взаимодействие продольной и поперечной качки .

Актуальность дальнейшего развития нелинейной теории качки состоит в том, что от корректного и качественного решения этой проблемы зависит уровень надежного проектирования и эксплуатации судов в условиях морского волнения и подтверждается тем, что данное направление является ч одним из первостепенных научных исследований в Англии, России, США, Японии.

Для построения методов и алгоритмов расчета нелинейной качки судов на волнении необходимо уточнение структуры гидродинамических сил, что возможно сделать при учете компонентов высшего порядка малости в нелинейных граничных условиях и в интеграле Лагранжа-Копщ для давления. В общем случае эта задача является трехмерной, однако учитывая, что суда имеют удлиненную форму и что решение пространственной потенциальной гидродинамической задачи в самом общем виде сопряжено со значительными вычислительными трудностями, обычно используется метод плоских сечений. Тогда решение трехмерной задачи сводится к плоской гидродинамической задаче о поперечной качке контура на регулярном волнении с учетом нелинейных граничных условий на смоченной поверхности контура и на свободной поверхности жидкости, отражающих гидродинамическую взаимосвязь между набегающим, диффрагированным и вызванным отдельными видами колебаний волнением.

Для решения данной задачи широкое применение в нелинейной теории качки нашел метод малого параметра, позволяющий последовательно провести линеаризацию граничных условий с заданной степенью точности и свести полную нелинейную гидродинамическую задачу к последовательности линейных задач.

Дальнейщий учет нелинейных гидродинамических сил высших порядков малости в дифференциальных уравнениях качки судна дает возможность учесть взаимодействие различных видов качки, представить законы его движения в полигармоническом виде и уточнить таким образом его кинематические характеристики. Кроме этого, знание нелинейных реакций позволяет выявить наличие дополнительных резонансных режимов бортовой, вертикальной и килевой качки, что невозможно осуществить в рамках линейной теории.

До настоящего времени решение дифференциальных уравнений продольной и поперечной качки проводилось без учета нелинейных гидродинамических сил высших порядков малости, обусловленных нелинейными граничными условиями , и строилось , соответственно, в предположении о гармонических законах движения судна.

Дополнительные резонансные режимы были выявлены, главным образом, для бортовой качки в области высоких частот ( параметрический резонанс, субгармонический третьего рода ) с учетом нелинейностей по демпфирующему и восстанавливающему моментам.

Однако опыт эксплуатации и экспериментальные исследования показывают значительное влияние гармонических составляющих второго порядка, пропорциональных квадрату волновых высот, в гидродинамических нагрузках и реакциях судов в условиях интенсивного волнения.

Несмотря на то, что волновые нагрузки второго порядка являются меньшими по сравнению с нагрузками первого порядка, они существуют в гораздо более широком диапазоне частот, влияют на возникновение супергармонических резонансных режимов и приводят к появлению усталостных напряжений. Экспериментальные и теоретические данные показывают, что учет перемещений только от сил первого порядка для объектов различных типов может привести к существенным ошибкам. Поэтому очевидной и актуальной становится важность решения задачи о колебаниях объектов во втором приближении, т.е. с учетом малых второго порядка относительно высоты волны.

Нелинейные задачи второго порядка о колебаниях плоских контуров на тихой воде и на регулярном волнении , а также о диффракции волн от неподвижного контура были рассмотрены в ряде работ зарубежных авторов. В большинстве из них решение строилось методом интегральных уравнений. Применение данного метода привело к нерегулярным, скачкообразным результатам при вычислении нелинейных горизонтальных сил и бортовых моментов. Недостаток других работ заключается в неточном учете нелинейного граничного условия на свободной поверхности жидкости, что приводит также к некорректным результатам.

В соответствии с вышеизложенным, целью настоящей диссертационной работы является разработка метода решения нелинейной гидродинамической задачи качки корабля свободного от указанных недостатков. Достижение данной цели требует решения следующих задач :

1) постановка и решение нелинейной плоской задачи о поперечной качке контура на регулярном волнении с учетом нелинейных граничных условий на свободной поверхности жидкости и на контуре; разработка на основании методов малого параметра и теории функций комплексного переменного метода расчета всех действующих категорий нелинейных гидродинамических сил второго порядка, а именно :

a) нелинейных сил, возникающих при изолированных поперечно-горизонтальных, вертикальных и бортовых колебаниях контура на тихой воде;

b) нелинейных сил и моментов, возникающих при взаимосвязанных поперечно-горизонтальных и вертикальных, вертикальных и бортовых, поперечно-горизонтальных и бортовых колебаниях контура в условиях спокойной воды;

c) нелинейных диффракционных сил второго порядка;

d) нелинейных сил, возникающих при изолированных поперечно-горизонтальных, вертикальных и бортовых колебаниях контура на регулярном волнении;

2) разработка алгоритма и программы расчета многопараметрических аппроксимаций шпангоутных контуров, позволяющих использовать их уточненные теоретические аппроксимации в расчетах нелинейных сил;

3) разработка метода расчета нелинейной поперечной качки судна с учетом гидродинамических сил второго порядка и нелинейности по восстанавливающему моменту;

4) разработка метода расчета нелинейной продольной качки на встречном волнении и возникающих при этом волновых нагрузок на корпусе судна ;

5) исследование супергармонических резонансных режимов;

6) разработка метода учета нелинейных гидродинамических сил второго порядка и оценка амплитуд качки судна при его движении произвольным курсом;

7) разработка пакета исследовательских вычислительных программ и проведение сравнительных и систематических расчетов нелинейных гидродинамических сил, амплитуд различных видов качки судов, перерезывающих сил и изгибающих моментов с целью исследования влияния нелинейных факторов.  

Подобные работы
Ваганов Александр Борисович
Разработка методов расчета позиционирования плавучих технических средств освоения шельфа в сложных эксплуатационных условиях
Афрамеев Эдуард Аркадьевич
Экспериментальные и проектные исследования и разработка методов определения рациональных технических параметров высокоскоростных судов с динамическими принципами поддержания новых типов
Рогонов Александр Михайлович
Разработка метода решения задач л#тной эксплуатации воздушных судов нового поколения в условиях комплексного воздействия атмосферных явлений повышенной опасности
Большедворский Григорий Александрович
Разработка методов повышения эффективности системы сохранения летной годности воздушных судов в авиапредприятии
Колесов Александр Григорьевич
Исследование и разработка методов диагностирования технического состояния пневматических систем управления главными дизелями судов речного флота
Данилов Александр Тимофеевич
Обоснование и разработка оптимальных методов приемно-сдаточных испытаний главных дизельных установок транспортных судов в условиях мелководных акваторий верфей
Абрамовский Анатолий Валентинович
Разработка методов технико-экономического анализа и комплексной оценки экономической эффективности высокоскоростных судов
Калинин Сергей Михайлович
Разработка методов расчета разделительной способности аэродинамических классификаторов порошков
Кочетов Александр Андреевич
Разработка метода расчета малоцикловой долговечности роторов паровых турбин при нерегулярном нагружении
Киселев Александр Григорьевич
Разработка метода расчета неосесимметричных сферических гидродинамических подшипников тяжелых машин

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net