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厚板结构对波浪作用下带月池船体垂荡运动的影响分析

曾智宏 邓潇潇 孙雷

曾智宏, 邓潇潇, 孙雷. 厚板结构对波浪作用下带月池船体垂荡运动的影响分析[J]. 中国舰船研究, 2020, 15(增刊): 21–34 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01993
引用本文: 曾智宏, 邓潇潇, 孙雷. 厚板结构对波浪作用下带月池船体垂荡运动的影响分析[J]. 中国舰船研究, 2020, 15(增刊): 21–34 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01993
ZENG Z H, DENG X X, SUN L. effect analysis of thick plate structure on heave motion of ship with moonpool in waves [J]. Chinese Journal of Ship Research, 2020, 15(Supp): 21–34 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01993
Citation: ZENG Z H, DENG X X, SUN L. effect analysis of thick plate structure on heave motion of ship with moonpool in waves [J]. Chinese Journal of Ship Research, 2020, 15(Supp): 21–34 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01993

厚板结构对波浪作用下带月池船体垂荡运动的影响分析

doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01993
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51679035);辽宁省兴辽英才计划资助项目(XLYC1908027);中央高校基本科研业务费资助项目(DUT20TD108);大连理工大学大学生创新创业训练计划资助项目(2019101410401011423)
详细信息
    作者简介:

    曾智宏,男,1998年生,本科生。研究方向:船舶水动力学。E-mail:qq1774481948@mail.dlut.edu.cn

    邓潇潇,男,1994年生,硕士。研究方向:带月池平台水动力分析。E-mail:3051478711@qq.com

    孙雷,男,1982年生,博士,副教授。研究方向:船舶与海洋工程水动力载荷。E-mail:sunlei@dlut.edu.cn

    通信作者:

    孙雷

  • 中图分类号: U661.1

effect analysis of thick plate structure on heave motion of ship with moonpool in waves

  • 摘要:   目的  含月池的船舶在波浪作用下月池会对船舶运动产生不利影响,引起船体大幅运动,尤其是垂荡方向,导致相关功能设备受到损坏。为此,尝试通过在月池中布置厚板来解决此问题。  方法  基于势流理论和含月池钻井船频域数值模型,计算和分析不同长宽比和吃水的月池以及对称设置的不同高度厚板对船体垂荡运动的影响规律。选择某浮式生产储卸油装置(FPSO),利用AQWA软件对波浪作用下FPSO船体垂荡运动展开频域数值计算,并与文献所使用的方法及实验结果进行对比,验证所提数值模型及方法的可靠性和有效性。  结果  若设置的厚板上表面正好与静水面齐平,此时可有效抑制船体因月池内流体共振而产生的剧烈垂荡运动。  结论  研究结果可为含月池船体抑制垂荡运动提供参考。
  • 图  1  船舶数学模型示意图

    Figure  1.  Diagram of mathematical ship model

    图  2  不同长宽比月池示意图

    Figure  2.  Diagram of the moonpool with different length-width ratios

    图  3  厚板示意图和月池横剖面图

    Figure  3.  Diagrams of thick plate and cross section of moonpool

    图  4  横浪及迎浪下钻井船运动响应(工况2)

    Figure  4.  RAO of the drillship in beam sea and head sea (case 2)

    图  5  横浪及迎浪下钻井船运动响应(工况5)

    Figure  5.  RAO of the drillship in beam sea and head sea (case 5)

    图  6  标模1 FPSO船体平面视图[9](单位:m)

    Figure  6.  Plane views of the No.1 FPSO ship model [9] (Unit in meter)

    图  7  标模1 FPSO船体网格剖分

    Figure  7.  Mesh generation of the No.1 FPSO ship hull

    图  8  90°浪向下FPSO船运动响应

    Figure  8.  RAO of the FPSO ship when α0=90°

    图  9  120°浪向下FPSO船运动响应

    Figure  9.  RAO of the FPSO ship when α0=120°

    图  10  180°浪向下FPSO船运动响应

    Figure  10.  RAO of the FPSO ship when α0=180°

    图  11  标模2平面视图(单位:m)

    Figure  11.  The plane view of No.2 FPSO ship model (Unit in meter)

    图  12  标模2 FPSO船体网格剖分

    Figure  12.  Mesh generation of the No.2 FPSO ship hull model

    图  13  迎浪下FPSO船垂荡运动响应(MP1)

    Figure  13.  Heaving RAO of the FPSO ship in head sea ( case MP1)

    图  14  横浪下FPSO船垂荡运动响应 (MP1工况)

    Figure  14.  Heaving RAO of the FPSO ship in beam sea (case MP1)

    图  15  迎浪下FPSO船垂荡运动响应(MP2工况)

    Figure  15.  Heaving RAO of the FPSO ship in head sea (case MP2)

    图  16  横浪下FPSO船垂荡运动响应(MP2工况)

    Figure  16.  Heaving RAO of the FPSO ship in beam sea(case MP2)

    图  17  迎浪下FPSO船垂荡运动响应(MP3工况)

    Figure  17.  Heaving RAO of the FPSO ship in head sea(case MP3)

    图  18  横浪下FPSO船垂荡运动响应(MP3工况)

    Figure  18.  Heaving RAO of the FPSO ship in beam sea(case MP3)

    图  19  月池固有频率对比

    Figure  19.  Comparison on the nature frequency of moonpool

    图  20  横浪及不同厚板高度下钻井船垂荡运动响应(工况1)

    Figure  20.  Heaving RAO of the drillship in beam sea with different heights of thick plate(case 1)

    图  21  横浪及不同厚板高度下钻井船垂荡运动响应(工况2)

    Figure  21.  Heaving RAO of the drillship in beam sea with different heights of thick plate(case 2)

    图  22  横浪及不同厚板高度下钻井船垂荡运动响应(工况3)

    Figure  22.  Heaving RAO of the drillship in beam sea with different heights of thick plate(case 3)

    图  23  横浪及不同厚板高度下钻井船垂荡运动响应(工况4)

    Figure  23.  Heaving RAO of the drillship in beam sea with different heights of thick plate (case 4)

    图  24  横浪及不同厚板高度下钻井船垂荡运动响应(工况5)

    Figure  24.  Heaving RAO of the drillship in beam sea with different heights of thick plate (case 5)

    图  25  0°浪向不同厚板高度下钻井船垂荡运动响应(工况2)

    Figure  25.  Heaving RAO of the drillship with different heights of thick plate when α0= 0° (case 2)

    图  26  45°浪向不同厚板高度下钻井船垂荡运动响应(工况2)

    Figure  26.  Heaving RAO of the drillship with different heights of thick plate when α0= 45° (case 2)

    图  27  135°浪向不同厚板高度下钻井船垂荡运动响应(工况2)

    Figure  27.  Heaving RAO of the drillship with different heights of thick plate when α0=135° (case 2)

    图  28  180°浪向不同厚板高度下钻井船垂荡运动响应(工况2)

    Figure  28.  Heaving RAO of the drillship with different heights of thick plate when α0=180° (case 2)

    图  29  横浪下厚板上表面高于静水面时钻井船垂荡运动响应(工况2)

    Figure  29.  Heaving RAO of the drillship with thick plate above the waterline in beam sea(case 2)

    表  1  含月池钻井船的主要参数

    Table  1.   Main parameters of the drillship with moonpool

    参数工况1工况2工况3工况4工况5
    总长/m 112 112 112 112 112
    型宽/m 28.1 28.1 28.1 28.1 28.1
    型深/m 98 98 98 98 98
    吃水/m 6 7.5 9 7.5 7.5
    月池长/m 22.6 22.6 22.6 16 27.7
    月池宽/m 11.3 11.3 11.3 16 9.2
    排水量/t 14 474 18 379 22 248.4 18 379 18 379
    重心垂向位置/m
    (相对船基线)
    9.2 8.2 7.2 8.2 8.2
    厚板厚度/m 1 1 1 1 1
    厚板宽度/m 1.65 1.65 1.65 2.00 1.00
    横摇惯性半径/m 7.9 7.9 8.037 7.9 7.9
    纵摇惯性半径/m 27.864 27.954 28.149 27.954 27.954
    艏摇惯性半径/m 28.899 28.905 29.272 28.905 28.905
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    表  2  压载状态下标模1 FPSO船主要参数

    Table  2.   Main parameters of the No.1 FPSO ship in ballast condition

    参数数值
    垂线间长/m285
    船宽/m63
    吃水/m13
    排水量/t225 518
    重心垂向位置/m16.5
    重心纵向位置/m142.5
    横摇惯性半径/m19.45
    纵摇惯性半径/m71.25
    艏摇惯性半径/m71.25
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    表  3  标模2 FPSO船主尺度参数

    Table  3.   Main parameters of the No.2 FPSO ship model

    参数船模尺寸实船尺寸
    船长/m4.0138
    船宽/m0.827.6
    吃水/m0.26.9
    MP1尺度 (VMP/VS = 1.5%)
    月池长度/m0.26.9
    月池宽度/m0.26.9
    月池中心/m(0.65, 0, 0)(22.4, 0, 0)
    船舶质量/t0.56721 627.8
    船舶重心/m(−0.11, 0, 0.055)(−3.8, 0, 1.9)
    惯性半径/m(0.28, 1.02, 0.76)(9.7, 35.2, 26.2)
    MP2尺度 (VMP/VS = 6.4%)
    月池长度/m0.413.8
    月池宽度/m0.413.8
    月池中心/m(0.65, 0, 0)(22.4, 0, 0)
    船舶质量/t0.502 6920 642.3
    船舶重心/m(−0.15, 0, 0.057)(−5.2, 0, 2.0)
    惯性半径/m(0.29, 1.024, 0.75)(10.0, 35.2, 25.9)
    MP3尺度 (VMP/VS = 42.7%)
    月池长度/m2.069
    月池宽度/m0.413.8
    月池中心/m(−0.15, 0, 0)(−5.2, 0, 0)
    船舶质量/t0.374 6915 386.1
    船舶重心/m(−0.08, 0, 0.083)(−2.76, 0, 2.9)
    惯性半径/m(0.30, 1.11, 1.13)(10.4, 38.3, 39.0)
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    表  4  月池固有频率

    Table  4.   Natural frequency of moonpool

    工况数值模拟的固有频率/Hz经验公式计算的固有频率/Hz
    10.1570.160
    20.1470.149
    30.1380.140
    40.1450.148
    50.1480.150
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    表  5  横浪下钻井船垂荡运动响应(工况1)

    Table  5.   Heaving RAO of the drillship in beam sea (case 1)

    h1/m月池升沉固有频率/Hz船体垂荡幅值/(m·m−1)
    无厚板0.1571.201
    1.00.1471.406
    2.00.1481.363
    3.00.1481.335
    4.00.1491.309
    5.00.1481.302
    5.20.1471.334
    5.40.1461.339
    5.60.1461.347
    5.70.1451.375
    5.80.1401.502
    5.90.1281.626
    6.00.1800.865
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    表  6  横浪下钻井船船体垂荡运动响应(工况2)

    Table  6.   Heaving RAO of drillship in beam sea (case 2)

    h1/m月池升沉固有频率/Hz船体垂荡幅值/(m·m−1)
    无厚板 0.147 1.396
    1.0 0.138 1.727
    2.0 0.139 1.670
    3.0 0.139 1.627
    4.0 0.140 1.582
    5.0 0.140 1.569
    6.0 0.140 1.539
    6.5 0.140 1.539
    6.7 0.139 1.557
    6.9 0.138 1.592
    7.1 0.138 1.591
    7.2 0.137 1.625
    7.3 0.133 1.790
    7.4 0.124 1.895
    7.5 0.202 0.405
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    表  7  横浪下钻进船垂荡运动响应(工况3)

    Table  7.   Heaving RAO of the drillship in beam sea (case 3)

    h1/m月池升沉固有频率/Hz船体垂荡幅值/(m·m−1)
    无厚板0.1381.701
    2.00.1322.011
    4.00.1321.898
    6.00.1331.860
    8.00.1331.798
    8.20.1321.833
    8.40.1311.851
    8.60.1321.806
    8.70.1311.852
    8.80.1282.105
    8.90.1202.268
    9.00.1600.981
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    表  8  横浪下钻井船垂荡运动响应(工况4)

    Table  8.   Heaving RAO of the drillship in beam sea (case 4)

    h1/m月池升沉固有频率/Hz船体垂荡幅值/(m·m-1)
    无厚板0.1451.301
    1.50.1381.614
    3.00.1391.912
    4.50.1391.476
    6.00.1391.429
    7.50.1800.613
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    表  9  横浪下钻井船船体垂荡运动响应(工况5)

    Table  9.   Heaving RAO of the drillship in beam sea (case 5)

    h1/m月池升沉固有频率/Hz船体垂荡幅值/(m·m-1)
    无厚板0.1481.452
    1.50.1441.583
    3.00.1441.547
    4.50.1451.505
    6.00.1451.469
    7.50.2010.543
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    表  10  横浪下厚板上表面高于静水面时钻井船垂荡运动响应(工况2)

    Table  10.   Heaving RAO of the drillship with thick plate above the waterline in beam sea (case 2)

    h1/m月池升沉固有频率/Hz船体垂荡幅值/(m·m-1)
    无厚板0.1471.396
    7.50.2020.405
    7.60.1690.970
    7.80.1680.934
    8.00.1690.969
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-06-09
  • 修回日期:  2020-09-07
  • 网络出版日期:  2020-12-10

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