袁培銀,張 哲,李渝鋒

(重慶交通大學(xué) 航運(yùn)與船舶工程學(xué)院,重慶 400074)

0 引 言

長(zhǎng)江通道在我國(guó)實(shí)施西部開(kāi)發(fā)、中部崛起和東部率先的區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略中具有十分重要的戰(zhàn)略地位。長(zhǎng)江航務(wù)管理局制定了新時(shí)代長(zhǎng)江航運(yùn)發(fā)展的新規(guī)劃:要以新時(shí)代建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國(guó)目標(biāo)和交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略部署為根本指引,全方位實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)江航道航運(yùn)現(xiàn)代化,全方位立體化建設(shè)長(zhǎng)江全流域黃金水道。三峽庫(kù)區(qū)水運(yùn)航道建設(shè)日新月異,且內(nèi)河船舶逐漸趨向大型化、標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化。然而,三峽庫(kù)區(qū)在夏季容易發(fā)生強(qiáng)風(fēng)、暴雨且常常伴有雷電的極端天氣,連續(xù)暴雨往往會(huì)導(dǎo)致庫(kù)水位的上升、山體滑坡、泥石流等自然災(zāi)害,三峽庫(kù)區(qū)淺水域船舶往往采用應(yīng)急系泊的方法來(lái)規(guī)避這類極端天氣。因此,對(duì)三峽庫(kù)區(qū)淺水域系泊狀態(tài)下的船舶進(jìn)行水動(dòng)力特性分析和系泊纜張力變化規(guī)律研究至關(guān)重要。

目前,國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者針對(duì)船舶系泊系統(tǒng)水動(dòng)力性能所開(kāi)展的研究大部分是通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬和物理模型試驗(yàn)兩種方法。在數(shù)值模擬方面,I.TOUZON等[1]基于運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,對(duì)支撐結(jié)構(gòu)和系泊系統(tǒng)之間的相互作用進(jìn)行模擬求解。該研究選擇采用懸鏈線系泊系統(tǒng),并在考慮實(shí)際海況的情況下進(jìn)行耦合模擬。研究結(jié)果表明:風(fēng)浪流的疊加作用是導(dǎo)致莫里森系數(shù)和系泊纜繩張力變化的主要原因;肖力旗等[2]研究不同裝載狀態(tài)對(duì)船舶六自由度 RAO(幅值響應(yīng)算子) 和運(yùn)動(dòng)量的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)橫搖幅值和固有周期隨船舶裝載量的增大而增加,同時(shí)也將降低船舶穩(wěn)性。并且纜繩斷裂的可能性會(huì)隨著裝載量增大而增大;沈文君等[3]利用數(shù)值模擬方法,得到了各個(gè)護(hù)舷在不同浪向角作用下受力特點(diǎn)和規(guī)律,計(jì)算結(jié)果表明:浪向?yàn)樾崩藭r(shí),各個(gè)護(hù)舷的受力相差較大,迎浪側(cè)護(hù)舷受力最大,中間的護(hù)舷受力最小;高峰等[4]研究風(fēng)浪流復(fù)合環(huán)境條件下不同船型的船舶在系泊狀態(tài)時(shí)船舶的六自由度運(yùn)動(dòng)響應(yīng)及系泊纜頂端張力的變化機(jī)理,研究表明系泊船舶的運(yùn)動(dòng)情況、纜繩張力和撞擊力與所處環(huán)境的波高、波浪周期呈正相關(guān),其變化幅度與不同船型本身的固有周期有關(guān);陳浩[5]利用 ANSYS 軟件分析研究開(kāi)敞式碼頭結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性,發(fā)現(xiàn)碼頭結(jié)構(gòu)的固有頻率會(huì)隨著不同的水位工況而發(fā)生改變;李寧等[6]基于懸鏈線理論,以單點(diǎn)系泊系統(tǒng)靜力學(xué)模型為研究對(duì)象,解決了系泊系統(tǒng)在不同環(huán)境載荷和錨鏈規(guī)格情況下的系泊重塊和各部分鋼管與浮式結(jié)構(gòu)物之間的夾角、錨鏈幾何外形和基本參數(shù)、浮式結(jié)構(gòu)物的吃水深淺和活動(dòng)范圍的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題;董勝等[7]設(shè)計(jì)了一種首尾兩點(diǎn)系泊系統(tǒng),研究油船與系泊系統(tǒng)耦合條件下的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)以及纜索張力的變化規(guī)律。

在物理模型試驗(yàn)方面,楊國(guó)平等[8]在理論分析的基礎(chǔ)上,加以物理模型試驗(yàn)研究船舶裝載量不同、浪向角不同、碼頭長(zhǎng)度不同以及系泊纜與船舶夾角不同的系泊狀態(tài)下的船舶纜繩張力和撞擊能量半經(jīng)驗(yàn)半理論計(jì)算公式;朱奇等[9]通過(guò)物理實(shí)驗(yàn),分析研究風(fēng)、浪、流共同作用下碼頭泊位長(zhǎng)度與纜繩布置方式對(duì)系泊船舶六自由度運(yùn)動(dòng)響應(yīng)和系泊纜繩頂端張力的影響;郭士勇等[10]采用理論結(jié)合模型試驗(yàn)的分析方法,研究橫浪作用于系泊船舶的撞擊能量規(guī)律,并結(jié)合物理模型試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合,得到完整的系泊船舶撞擊能量估算公式;史憲瑩等[11]通過(guò)物理模型試驗(yàn)研究涌浪和風(fēng)浪同時(shí)出現(xiàn)時(shí),系泊船舶的六自由度運(yùn)動(dòng)響應(yīng)規(guī)律;王志斌等[12]通過(guò)理論設(shè)計(jì)、仿真計(jì)算及模型試驗(yàn)的方法,提出在風(fēng)浪流環(huán)境下某特殊船型的碼頭系泊模式優(yōu)化方案;嵇春艷等[13]基于傳統(tǒng)的張緊式系泊方法,提出在系泊纜的末端等距布置質(zhì)量塊的新型深水浮式平臺(tái)系泊系統(tǒng),改善浮體的低頻運(yùn)動(dòng)響應(yīng),約束了浮體的偏移;王秋玲等[14]基于浮筒式防風(fēng)單點(diǎn)系泊系統(tǒng),通過(guò)MATLAB模擬仿真技術(shù)提出一種選擇錨鏈與浮式結(jié)構(gòu)物夾角、錨鏈外形及參數(shù)、系泊塊重量、浮式結(jié)構(gòu)物吃水深淺的有效方法。

沿海的大型港口碼頭系泊下船舶的水動(dòng)力性能研究已經(jīng)日趨成熟完善,但對(duì)于三峽庫(kù)區(qū)淺水域船舶應(yīng)急系泊研究還存在一定短板。筆者采用數(shù)值模擬的方法,研究不同系泊狀態(tài)時(shí)內(nèi)河船舶在風(fēng)、浪、流等復(fù)雜環(huán)境下運(yùn)動(dòng)響應(yīng)以及纜繩張力變化特性,研究結(jié)果和研究方法可為內(nèi)河淺水域船舶系泊安全提供理論支撐,對(duì)提高內(nèi)河船舶系泊作業(yè)安全和港口作業(yè)效率有一定的參考價(jià)值。

1 計(jì)算理論

1.1 三維勢(shì)流理論

在三維勢(shì)流理論中,假設(shè)理想流體是均勻的、不可壓縮的,且無(wú)粘性因素影響,則可以通過(guò)引入速度勢(shì)φ(x,y,z,t)來(lái)描述流域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)[15]。當(dāng)浮式結(jié)構(gòu)物以自由面為基準(zhǔn)時(shí),速度勢(shì)滿足Laplace方程:

?2φ(x,y,z,t)=0

(1)

為了描述物體運(yùn)動(dòng)的速度勢(shì)以及Laplace方程,需要對(duì)其進(jìn)行線性化處理。在線性化處理中,假設(shè)波浪運(yùn)動(dòng)和浮式結(jié)構(gòu)物的運(yùn)動(dòng)幅度都很小。此外,在流場(chǎng)中速度勢(shì)可以分解為入射波速度勢(shì)、繞射勢(shì)和輻射勢(shì)。

φ(x,y,z,t)=φI(x,y,z,t)+φD(x,y,z,t)+

φR(x,y,z,t)

(2)

式中:φI為入射波速度勢(shì),表明流場(chǎng)中速度分布的情況;φD為繞射勢(shì),表明結(jié)構(gòu)物對(duì)流場(chǎng)內(nèi)的速度產(chǎn)生的影響;φR為輻射勢(shì),表明浮式結(jié)構(gòu)物六自由度的運(yùn)動(dòng)和振蕩對(duì)周圍流場(chǎng)的影響。

1.2 系泊纜力計(jì)算方法

根據(jù)靜態(tài)懸鏈線理論,可推導(dǎo)出在穩(wěn)態(tài)下纜繩的載荷與系統(tǒng)平衡狀態(tài)、錨鏈幾何形狀以及張力分布之間的關(guān)系。為了簡(jiǎn)化計(jì)算,通常忽略環(huán)境載荷、纜索的彈性伸長(zhǎng)以及本身動(dòng)力效應(yīng)的影響,并按照懸鏈線理論進(jìn)行計(jì)算[16]。

圖1中,風(fēng)、浪、流作用于船體,并通過(guò)錨鏈傳遞給錨泊系統(tǒng)。以xoz為坐標(biāo)系,根據(jù)力的平衡,在錨鏈系微元的切線和法線方向上分別有方程:

(3)

(4)

(5)

(6)

式中:T為錨鏈線單元下端張力;w為錨鏈線的單位濕重;h為水深;s為懸鏈長(zhǎng)度;φ為錨鏈線單元與水平面的夾角。

錨鏈線與海底有接觸部分,φ=0,推導(dǎo):

(7)

(8)

將z=h代入式(8):

H=T-wh

(9)

(10)

(11)

V=wh

(12)

式中:H為錨鏈線沿水平方向分力;V為錨鏈線沿垂直方向分力;xmax為x的最大值;smax為s的最大值。

2 頻域分析

筆者基于三維勢(shì)流理論,利用 ANSYS 建立船舶濕表面有限元模型,運(yùn)用 AQWA 模塊對(duì)船舶進(jìn)行水動(dòng)力性能分析,得到水深5 m,浪向角為90°時(shí),船舶六自由度幅值響應(yīng)算子,并分析幅值響應(yīng)算子與波浪周期的變化關(guān)系。

2.1 模型建立

坐標(biāo)系原點(diǎn)位于船頭,X軸由船艏指向船艉為正方向,反之為負(fù)方向;Y軸由左舷指向右舷為正方向,反之為負(fù)方向;Z軸以水面向上為正方向,水面向下為負(fù)方向。規(guī)定環(huán)境載荷作用角度是與X軸負(fù)半軸的夾角逆時(shí)針為正,反之為負(fù)。具體的坐標(biāo)系定義如圖2。

圖2 船舶坐標(biāo)系定義Fig. 2 Definition of coordinate system

船體主要參數(shù)如表1。

表1 船體主要參數(shù)Table 1 Main parameters of hull m

運(yùn)用 ANSYS 中的 DM 模塊建立船舶濕表面有限元模型,定義環(huán)境參數(shù),并進(jìn)行合理的網(wǎng)格劃分,網(wǎng)格大小設(shè)置為1 m,具體模型如圖3。

圖3 船舶及周邊環(huán)境模型示意Fig. 3 Schematic diagram of ship and surrounding environment model

2.2 船舶六自由度幅值響應(yīng)算子

筆者定義頻域計(jì)算參數(shù)如下:船舶工作區(qū)域水深5 m;淡水密度1 000 kg/m3;重力加速度9.806 65 m/s2;波浪周期范圍-180°～180°,間隔45°;波浪頻率0.031 85～0.449 30 Hz。以90°浪向角為例,計(jì)算船舶六自由度幅值響應(yīng)算子,得到其六自由度變化規(guī)律,具體如圖4～圖9。

圖4 船舶縱蕩RAO變化曲線Fig. 4 RAO variation curve of ship surging

圖5 船舶橫蕩RAO變化曲線Fig. 5 RAO variation curve of ship swaying

圖6 船舶垂蕩RAO變化曲線Fig. 6 RAO variation curve of ship heaving

圖7 船舶橫搖RAO變化曲線Fig. 7 RAO variation curve of ship rolling

圖8 船舶縱搖RAO變化曲線Fig. 8 RAO variation curve of ship pitchcing

由圖7和圖8分析可得,船舶橫搖、縱搖的固有周期是5.08 s和7.09 s。由圖4、圖7,圖8可知,在縱蕩、橫搖、縱搖運(yùn)動(dòng)方向上的變化趨勢(shì)大體相同,均是在2～6 s的范圍內(nèi)呈上升的趨勢(shì),在6 s左右達(dá)到最大值后,曲線呈緩慢下降趨勢(shì),最后趨于穩(wěn)定。

由圖5、圖6,圖9可知,在橫蕩、垂蕩、艏搖運(yùn)動(dòng)方向上,幅值響應(yīng)算子曲線則是隨著波浪周期增加呈上升的趨勢(shì),尤其是橫蕩與艏搖運(yùn)動(dòng)方向上,上升曲線極為陡峭,說(shuō)明RAO(幅值響應(yīng)算子)在這兩個(gè)方向上受波浪周期影響較大。在垂蕩運(yùn)動(dòng)方向上可以看出曲線在9 s左右?guī)缀踹_(dá)到了峰值,9 s以后曲線幾乎不再發(fā)生變化,最終穩(wěn)定在數(shù)值1.0左右。

由圖4～圖9分析可得,在90°浪向角的波浪作用下,平動(dòng)運(yùn)動(dòng)中,橫蕩的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)最為強(qiáng)烈,最大值達(dá)到4.29;轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)中,橫搖的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)最為強(qiáng)烈,最大值達(dá)到8.95。

3 系泊系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果與分析

筆者設(shè)定的水域?yàn)?20 m×100 m,運(yùn)用ANSYS WORKBENCH中的Hydrodynamic Response模塊對(duì)目標(biāo)船舶設(shè)計(jì)兩種不同的系泊纜繩布置方案,并對(duì)環(huán)境載荷進(jìn)行相同設(shè)置,對(duì)系泊狀態(tài)下的船舶進(jìn)行時(shí)域耦合分析,對(duì)得到的船舶運(yùn)動(dòng)響應(yīng)以及系泊纜繩的張力進(jìn)行分析和比較。

3.1 系泊試驗(yàn)?zāi)M條件

3.1.1 環(huán)境條件

結(jié)合三峽庫(kù)區(qū)淺水域的實(shí)地考察情況和相關(guān)資料,為了準(zhǔn)確模擬船舶系泊狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)情況和計(jì)算纜繩張力,本系泊系統(tǒng)的具體風(fēng)、浪、流環(huán)境條件如表2。

表2 環(huán)境條件定義Table 2 Definition of environmental conditions

3.1.2 系泊纜屬性

兩種系泊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用的均為懸鏈?zhǔn)较挡聪到y(tǒng),運(yùn)用 AQWA 對(duì)其進(jìn)行完全時(shí)域耦合分析前,其系泊纜繩在系泊狀態(tài)下是處于松弛的狀態(tài),并留有一定的預(yù)張力,具體參數(shù)詳見(jiàn)表3。

表3 系泊纜屬性Table 3 Mooring cable attribute

3.1.3 系泊系統(tǒng)纜繩布置方式

所設(shè)計(jì)的兩種系泊系統(tǒng),均由8根系泊纜繩組成。圖10為4-4的纜繩布置方式,呈對(duì)稱式分布,在XOY平面內(nèi),每個(gè)位置的兩根纜繩分別于X軸的夾角為30°和60°。

圖10 4-4系泊纜繩懸鏈?zhǔn)讲贾糜?jì)算模型Fig. 10 4-4 calculation model of mooring rope catenary arrangement

根據(jù)上文給出的坐標(biāo)系定義,導(dǎo)纜孔與錨點(diǎn)在全局坐標(biāo)系下的坐標(biāo)位置如表4。

表4 4-4系泊方案纜繩坐標(biāo)Table 4 4-4 mooring scheme cable coordinates m

圖11為4-2-2的纜繩布置方式,在左右兩舷各加一根系泊纜,在迎浪方向的船艏處也加上兩根對(duì)稱分布的系泊纜。

圖11 4-2-2系泊纜繩懸鏈?zhǔn)讲贾糜?jì)算模型Fig. 11 4-2-2 calculation model of mooring rope catenary arrangement

導(dǎo)纜孔與錨點(diǎn)在全局坐標(biāo)系下的坐標(biāo)位置如表5。

表5 4-2-2系泊方案纜繩坐標(biāo)Table 5 4-2-2 mooring scheme cable coordinates m

3.2 時(shí)域耦合計(jì)算結(jié)果與分析

3.2.1 船舶運(yùn)動(dòng)響應(yīng)計(jì)算結(jié)果對(duì)比

通過(guò)時(shí)域分析系泊船舶在水深5 m,浪流方向角0°,風(fēng)向角45°的環(huán)境條件下的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。取時(shí)間歷程曲線中的3 000～4 000 s時(shí)間段作圖,其中橫蕩與艏搖運(yùn)動(dòng)幅值較小,幾乎可以忽略不計(jì),因此不再進(jìn)行詳細(xì)描述。具體如圖12～圖15。

圖12 船舶縱蕩運(yùn)動(dòng)時(shí)歷曲線Fig. 12 Time history curve of surge for ship

圖13 船舶垂蕩運(yùn)動(dòng)時(shí)歷曲線Fig. 13 Time history curve of heave for ship

圖14 船舶橫搖運(yùn)動(dòng)時(shí)歷曲線Fig. 14 Time history curve of roll for ship

圖15 船舶縱搖運(yùn)動(dòng)時(shí)歷曲線Fig. 15 Time history curve of pitch for ship

結(jié)合圖12～圖15以及時(shí)域分析的計(jì)算結(jié)果可以得到,在給定的環(huán)境條件下船舶運(yùn)動(dòng)響應(yīng)結(jié)果,如表6。運(yùn)動(dòng)范圍為船舶各個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)最大值與最小值絕對(duì)值相加。

表6 船舶運(yùn)動(dòng)響應(yīng)計(jì)算結(jié)果Table 6 Calculation results of ship motion response

通過(guò)對(duì)圖12～圖15以及表6分析可得,由于環(huán)境載荷的不規(guī)則造成了船舶六自由度呈現(xiàn)出不規(guī)則的變化趨勢(shì)。當(dāng)浪流方向角為0°,風(fēng)向角45°時(shí),船舶系泊狀態(tài)下的平動(dòng)運(yùn)動(dòng)中,縱蕩運(yùn)動(dòng)響應(yīng)最為劇烈,多數(shù)時(shí)間內(nèi)其運(yùn)動(dòng)響應(yīng)值小于0.3 m,運(yùn)動(dòng)幅值最大,達(dá)到了0.34 m,相當(dāng)于水深的6.8%;然而橫蕩運(yùn)動(dòng)幅值最小,幾乎可以忽略不計(jì);垂蕩運(yùn)動(dòng)響應(yīng)值多數(shù)時(shí)間內(nèi)小于0.2 m,運(yùn)動(dòng)幅值為0.28 m;在轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)中,縱搖運(yùn)動(dòng)較橫搖,艏搖更加強(qiáng)烈,多數(shù)時(shí)間內(nèi)其運(yùn)動(dòng)響應(yīng)值小于2°,運(yùn)動(dòng)幅值最大,達(dá)到2.89°;艏搖運(yùn)動(dòng)幅值最小,只有0.01°;橫搖運(yùn)動(dòng)響應(yīng)值多數(shù)時(shí)間內(nèi)小于0.02°,運(yùn)動(dòng)幅值為0.02°。從結(jié)果上看,兩種纜繩布置方案將船舶整體運(yùn)動(dòng)響應(yīng)約束在一個(gè)較小的范圍內(nèi)。

3.2.2 系泊纜張力計(jì)算結(jié)果與對(duì)比分析

雖然系泊纜是對(duì)稱布置的,但在浪流方向角為0°,風(fēng)向角為45°的情況下,每根系泊纜的張力會(huì)有所不同,選取最接近風(fēng)浪流作用位置的兩根系泊纜繩,1號(hào)纜繩和8號(hào)纜繩作為時(shí)域耦合分析對(duì)象。兩種纜繩布置方案下的纜繩張力時(shí)間歷程曲線圖,如圖16～圖19。

圖16 4-4系泊方案中1#系泊纜頂端張力時(shí)歷曲線Fig. 16 Time history of tension at the top of 1# mooring cable in 4-4 mooring scheme

圖17 4-4系泊方案中8#系泊纜頂端張力時(shí)歷曲線Fig. 17 Time history curve of tension at the top of 8# mooring cable in 4-4 mooring scheme

圖18 4-2-2系泊方案中1#系泊纜頂端張力時(shí)歷曲線Fig. 18 Time history curve of tension at the top of 1# mooring cable in 4-2-2 mooring scheme

圖19 4-2-2系泊方案中8#系泊纜頂端張力時(shí)歷曲線Fig. 19 Time history curve of tension at the top of 8# mooring cable in 4-2-2 mooring scheme

結(jié)合圖16～圖19以及完整的計(jì)算結(jié)果可得,在風(fēng)浪流作用下8根系泊纜的張力變化及其數(shù)值的大小,系泊纜張力具體計(jì)算結(jié)果如表7。

表7 系泊纜張力計(jì)算結(jié)果Table 7 Calculation results of mooring cable tension

結(jié)合圖16～圖19以及表7可知,在浪流方向角為0°、風(fēng)向角為45°時(shí),8根系泊纜受環(huán)境載荷作用張力呈周期性變化。在環(huán)境載荷施加時(shí),船艏處最靠近風(fēng)浪流作用位置的纜1和纜8最先受到載荷的作用,受到的張力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他纜繩所受到的張力,4-4纜繩布置方式下最大拉力出現(xiàn)在纜8,最大值為611 kN;4-2-2纜繩布置方式下最大拉力出現(xiàn)在纜1,最大值為529.1 kN,其余纜繩的張力相對(duì)而言較小,可不用考慮纜繩斷裂問(wèn)題。根據(jù)有關(guān)規(guī)范,當(dāng)系泊系統(tǒng)處于完整狀態(tài)時(shí),若采用動(dòng)力法進(jìn)行評(píng)估,系泊纜張力的安全系數(shù)至少為1.67,才能保證系泊船舶的安全性。在文中系泊纜的兩種布置中,纜1的安全系數(shù)分別為6.01,6.92;纜8的安全系數(shù)分別為5.99,6.98,均有相當(dāng)?shù)陌踩６?滿足有關(guān)規(guī)范的要求,設(shè)計(jì)合理。

同時(shí),在同樣的環(huán)境條件下,4-2-2纜繩布置方案中系泊纜安全系數(shù)相對(duì)而言比4-4纜繩布置方案中的更為均衡,即各纜繩受力較之前更加均衡。在安全系數(shù)富裕的情況下,4-2-2纜繩布置方案更能保證系泊船舶的安全。兩種系泊系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)結(jié)果對(duì)比,也可以為今后船舶應(yīng)急系泊提供思路,當(dāng)浪流方向角為0°時(shí),可以通過(guò)增加船艏處的系泊纜數(shù)量來(lái)提高系泊系統(tǒng)抵御環(huán)境載荷的能力,保證系泊狀態(tài)下船舶的安全性。

4 結(jié) 論

基于三維勢(shì)流理論,以三峽庫(kù)區(qū)淺水域船舶為分析對(duì)象,采用 ANSYS-AQWA 軟件,進(jìn)行頻域分析以及系泊狀態(tài)下的時(shí)域耦合分析。在頻域分析下得到船舶六自由度的相關(guān)水動(dòng)力參數(shù)及其變化規(guī)律。在環(huán)境參數(shù)不變,纜繩數(shù)量一定的前提條件下,改變其布置方式,優(yōu)化設(shè)計(jì)兩種不同的系泊系統(tǒng)方案,時(shí)域耦合分析系泊狀態(tài)下船舶運(yùn)動(dòng)響應(yīng)以及系泊纜張力,主要結(jié)論如下:

1)在90°浪向角下,船舶六自由度運(yùn)動(dòng)響應(yīng)幅值算子隨波浪周期的變化各有不同。在縱蕩、橫搖以及縱搖運(yùn)動(dòng)方向上,呈先增大后減小的趨勢(shì);而在橫蕩、垂蕩、艏搖運(yùn)動(dòng)方向上,曲線則是隨著波浪周期增加一直呈上升的趨勢(shì),尤其是橫蕩與艏搖運(yùn)動(dòng)方向上,上升曲線極為陡峭,說(shuō)明 RAO(幅值響應(yīng)算子) 在這兩個(gè)方向上受波浪周期影響很大。

2)在同樣的環(huán)境條件下,4-2-2纜繩布置方案中纜1和纜8的纜繩最大張力較4-4纜繩布置方案也有所改善,纜1最大張力降低13%,纜8最大張力降低14%;同時(shí)4-2-2纜繩布置方案中的纜繩受力更為均衡,也就更能保證系泊船舶的安全,且纜繩安全系數(shù)裕度較大。4-2-2纜繩布置方案較4-4纜繩布置方案有更加明顯的合理性,優(yōu)越性。