摘 要

本文研究的平台为一个平面面积400平方米的箱型平台，所以选择船型相似的打桩船和起重船为母型船，根据尺度调查，选定平台长宽比为2左右，根据尺度变换运用maxsurf建立系列模型，并计算系列模型的静水力。本文选用了基于三维势流理论的面元法，对平台在波浪上的运动特性进行计算。根据船型变换共选择了11条不同主尺度的平台进行讨论，并对该系列模型在规则波中的频响预报，在频响预报中选取了迎浪、横浪和斜浪三个角度计算。

在平台在不规则波上的运动预报中选择采用谱分析法对系列箱型平台不规则波上的运动统计值进行预报，然后对预报的运动统计值进行衡准与评估。通过对系列船型方案比较表明：在四级海况下，由于箱型水线面大，各方案的升沉运动较小，纵摇运动基本在3度以内，其中横摇运动较大。在主方案中选择横摇相对较优方案采取进一步减摇设计，根据实验数据再选取横摇粘性阻尼系数0.1，并改变平台重心高度，进行水动力设计，最后再通过耐波性详细计算比较表明有一定改善，并对减摇装置进行一个简单的探讨。

在做毕业设计的过程中，还参与了箱型平台耐波性试验，在试验的过程中学习了船模耐波性试验的流程。从模型最初的划水线刻度、重心、排水量和惯量的调整到在拖曳水池中完成横摇自由衰减试验和不规则波中平台横摇运动试验，以及试验结束后处理试验数据的工作。模型试验表明：采用一定减摇手段能大幅降低横摇角。采用合适的水动力设计手段最终方案预计能达到使用要求。

关键词：耐波性；面元法；频响；波浪统计预报；耐波性试验

Abstract

This paper studies the platform for a flat area of 400 square meters of box type platform. Its ratio of length to width is small about 2, a series of models are established by using maxsurf according to the scale transformation. And finish static hydraulic calculation of series model. In this paper, the surface element method based on the three dimensional potential flow theory is used to calculate the motion characteristics of platform on a wave. According to the hull transform were selected 11 different principal dimensions of the platform are discussed, and on the series model in regular waves in the frequency response prediction. In the frequency response prediction selects three angle to calculate.

In the motion prediction of irregular waves on the platform, the spectral analysis method is used to predict the motion statistics of the series box type platform. Then make criterion and evaluation of the motion statistics of the forecast. Through of series ship type scheme comparison shows that: in the four sea conditions, due to the box type water plane is large, the heave motion of scheme is small, pitching motion is in 3 degrees, which roll motion is larger. According to the experimental data, choose the roll damping coefficient 10 percent. Then change the height of the platform center of gravity and make hydrodynamic design. Finally, compare and improve the situation through seakeeping calculation. And a simple discussion on the anti rolling device is carried out.

In the process of graduation design, I join the box type platform seakeeping test. In the process of experiment, I study seakeeping test process from the initial watershed scale, center of gravity, displacement and inertia of the model to performing the rolling free attenuation test and the rolling motion test of irregular in the towing tank. And I finished the work of processing test data after the end of the experiment. Model tests show that the roll angle can be greatly reduced by using a certain anti rolling method. The use of suitable water power design means the final program is expected to achieve the use of requirements.

Key word: Seakeeping; Surface element method; Frequency response; Wave statistical prediction; Seakeeping test

目录

第一章 绪论 1

1.1研究的目的及意义 1

1.2本论文的主要工作内容 1

第二章 建模和静水力计算 3

2.1主尺度的确定 3

2.2 运用maxsurf建模 4

2.3 静水力计算 6

第三章 船舶在规则波中的运动 7

3.1 船舶耐波性 7

3.2 三维势流理论——面元法 7

3.2.1点源分布 7

3.2.2 离散格式 8

3.3 绕射问题和波浪力 11

3.4流体作用力 11

3.5 箱型平台频响计算及比较 12

3.5.1 平台的垂荡频响比较 12

3.5.2 平台的横摇频响比较 14

3.5.3 平台的纵摇频响比较 15

第四章 平台在不规则波上的运动预报 17

4.1 谱分析法 17

4.2 系列箱型平台不规则波上运动统计值预报 18

4.2.1波浪的选取 18

4.2.2 运动统计值预报 19

4.3 衡准与评估 25

4.3.1 横摇及纵摇衡准 25

4.3.2 不同波高下横摇有义值的变化 26

4.3.3 不同重心高度下横摇有义值的变化 27

4.3.4 单位波高不同特征周期的不规则波上横摇有义值 27

4.3.5 评估 28

4.4 方案比选 29

4.5 减摇装置的探讨 29

4.5.1 舭龙骨 29

4.5.2 减摇鳍 30

4.5.3 减摇水舱 31

4.5.4 系泊 32

第五章 船模耐波性试验 33

5.1 船模横摇试验的目的 33

5.2 实验前的准备工作 33

5.3实验原理 35

5.4 模型试验 35

5.4.1 船舶静水中自由横摇 36

5.4.2 横摇阻尼系数 37

5.5 不规则波试验 38

5.6 试验心得体会 39

第六章 总结 40

6.1 工作总结 40

6.2 前景展望 40

参考文献 42

附录A 系列平台的频响计算 43

致谢 54

第一章 绪论

1.1研究的目的及意义

岛礁周边往往都环绕着一些宽度数百到数千米并且水深很浅的珊瑚礁盘，这一些珊瑚礁盘不仅仅具有极为丰富的渔业和旅游资源，同时还发挥着消减波浪、保护岛礁的重要作用。岛礁没有电力供应、没有淡水补给、没有环卫设施，由于珊瑚礁盘水位极浅，人员上岛及物资补给只能靠机动舢板转运或倒驳，效率低下、作业危险，常因风浪大不能按时补给。首先要解决的就是各个岛礁的生产生活基础保障设施问题，同时要注意不能破坏周围的珊瑚礁生态环境。如果失去了珊瑚礁这道消波、护岛的重要屏障，波浪就会冲刷侵蚀岛岸，浪流就会输沙填塞航道，这将对各岛礁的地理地貌和生态系统造成巨大的破坏。以浮式保障平台与码头代替传统的土方建设、航道开凿方式，现场施工周期将缩短，而且能避免大量土方材料与施工机械的长距离运输及长期施工的后勤保障问题，成本低，难度小。这些平台还能在逐一开展的岛礁建设中迁移，重复使用，并根据需要增减其功能。

该任务是根据近岛礁波浪条件，完成一箱型浮式保障平台方案选型，要求平台平面面积400平方米左右，同时为了保障平台上人员的生活舒适度与正常工作能力，生活保障平台在风浪中的运动能力便是重要的指标，因此为选出合适的平台主尺度首先需要确定其耐波性能指标。

1.2本论文的主要工作内容

本论文的主要工作是对一个箱型平台的水动力设计，根据任务书要求，所选平台平面面积要求为400平方米，定位为一个生活保障平台，对平台的平稳程度有较高的要求。工作首先是广泛调查完成岛礁波浪环境与浮式平台资料收集，分析其特点，根据任务需求，形成初步浮式平台方案。根据详细任务排水量和尺度要求，完成平台模型方案选型和静水力计算，完成平台模型三维建模。通过应用三维海洋工程结构物耐波性预报软件，完成该平台模型在波浪中的运动响应计算，评估在实际岛礁波浪下平台抗风浪能力和稳定舒适性。通过船型变换，完成不同尺度方案的平台耐波性评估,完成箱型平台方案选型和型线设计。最后可以根据参与的试验结果，对原方案的横摇粘性阻尼系数及重心高等进行调整，以使平台可以在波浪中更加平稳。