本文關(guān)鍵詞：船舶在縱橫搖耦合下的非線性動力學特性研究

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【摘要】：在船舶耐波性的研究過程中發(fā)現(xiàn)波浪以及船舶自身的一些因素會對船舶的運動狀態(tài)產(chǎn)生影響,這些因素將會導致船舶呈現(xiàn)出六自由度搖蕩運動。在一定程度上,這些搖蕩運動及其產(chǎn)生的復雜的動力學效應會降低船舶的穩(wěn)定性和安全性。在船體坐標系的六個自由度搖蕩運動中,船舶的橫搖運動和縱搖運動對船舶運動狀態(tài)的影響是最大的,因此,在對船舶運動進行研究的過程中,準確的掌握船舶橫搖運動和縱搖運動的各種非線性動力學特性是一項十分重要的工作,研究船舶橫搖運動和縱搖運動的非線性動力學行為是考察船舶穩(wěn)定性的關(guān)鍵性問題之一。為此,本文做了以下工作:(1)建立船舶縱橫搖耦合運動動力學模型本文以水平約束下處于自由模式的船舶系統(tǒng)作為研究對象,假設船舶初始時處于正浮狀態(tài),沒有航速。在此基礎上,采用歐拉角描述船舶的搖擺運動,對船舶在規(guī)則波作用下的受力情況進行分析后,分別推導出船舶系統(tǒng)動能、勢能、阻尼力矩、波浪力和規(guī)則波復原擾動力矩的表達式,最后在拉格朗日方程的基礎上,建立了假設船舶參數(shù)下的縱橫搖耦合運動數(shù)學模型。(2)分析船舶單自由度橫搖與縱搖運動的動力學特性在前面推導的動力學模型的基礎上,采用經(jīng)典的龍格庫塔法對方程組進行數(shù)值計算,分析規(guī)則波擾動力矩不同振幅、不同初始相位角、不同波浪頻率和不同的角度控制參數(shù)對船舶單自由度橫搖和縱搖運動動力學特性的影響。(3)分析船舶在縱橫搖耦合作用下的動力學特性通過數(shù)值計算的方法研究規(guī)則波擾動力矩不同振幅、不同波浪頻率和不同的角度控制參數(shù)對船舶縱橫搖耦合狀態(tài)下橫搖和縱搖運動動力學特性的影響。
【關(guān)鍵詞】：非線性動力學 耦合運動 歐拉角 拉格朗日方程 相位圖
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U661.3
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-21
• 1.1 研究背景及理論意義13-14
• 1.2 早期穩(wěn)性理論的研究14-15
• 1.3 現(xiàn)代船舶搖晃的分析方法15-16
• 1.4 船舶穩(wěn)性在規(guī)則波浪中的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.5 船舶在不規(guī)則波浪中穩(wěn)性的研究現(xiàn)狀17-19
• 1.6 本文主要工作和創(chuàng)新點19-21
• 1.6.1 本文的主要工作19-20
• 1.6.2 本文的創(chuàng)新點20-21
• 第2章 非線性動力學的基礎理論21-30
• 2.1 非線性系統(tǒng)的定性分析21-26
• 2.1.1 動力學方程的標準形式21
• 2.1.2 相空間和相圖21-22
• 2.1.3 平衡點22-25
• 2.1.4 極限環(huán)及其穩(wěn)定性25-26
• 2.2 平衡點的分叉現(xiàn)象26-29
• 2.3 混沌現(xiàn)象29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第3章 船舶縱橫搖耦合運動數(shù)學模型30-49
• 3.1 前期理論準備30
• 3.2 船體運動坐標系和基本假設30-32
• 3.3 慣性矩和附加慣性矩32-33
• 3.3.1 橫搖慣性矩和橫搖附加慣性矩32-33
• 3.3.2 縱搖慣性矩和縱搖附加慣性矩33
• 3.4 基于拉格朗日方程的船舶動力學方程組33-45
• 3.4.1 船舶系統(tǒng)的拉格朗日函數(shù)33-34
• 3.4.2 阻尼力矩34-35
• 3.4.3 波浪力及其虛功35-40
• 3.4.4 規(guī)則波擾動力矩40-41
• 3.4.5 基于拉格朗日方程的船舶動力學方程組41-45
• 3.5 船舶參數(shù)45-46
• 3.6 模型對比分析46-48
• 3.7 本章小結(jié)48-49
• 第4章 單自由度橫搖與縱搖運動動力學特性分析49-68
• 4.1 理論基礎49-50
• 4.2 船舶單自由度橫搖運動動力學特性分析50-60
• 4.2.1 波浪激勵振幅的變化對橫搖運動特性的影響52-54
• 4.2.2 波浪激勵初始相位角的變化對橫搖運動特性的影響54-56
• 4.2.3 波浪激勵頻率的變化對橫搖運動特性的影響56-58
• 4.2.4 角度控制參數(shù)的變化對橫搖運動特性的影響58-60
• 4.3 船舶單自由度縱搖運動動力學特性分析60-66
• 4.3.1 波浪激勵振幅的變化對縱搖運動特性的影響60-61
• 4.3.2 波浪激勵初始相位角的變化對縱搖運動特性的影響61-63
• 4.3.3 波浪激勵頻率的變化對縱搖運動特性的影響63-65
• 4.3.4 角度控制參數(shù)的變化對縱搖運動特性的影響65-66
• 4.4 本章小結(jié)66-68
• 第5章 船舶縱橫搖耦合運動動力學特性分析68-79
• 5.1 波浪激勵振幅的變化對船舶橫搖和縱搖運動特性的影響68-71
• 5.2 波浪激勵頻率的變化對船舶橫搖和縱搖運動特性的影響71-75
• 5.3 角度控制參數(shù)的變化對船舶橫搖和縱搖運動特性的影響75-78
• 5.4 本章小結(jié)78-79
• 總結(jié)與展望79-81
• 參考文獻81-85
• 附錄一 解方程組的MATLAB程序85-89
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文89-90
• 致謝90-91
• 大摘要91-96

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