Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Практические расчеты нелинейной бортовой качки корабля с заданной диаграммой статической остойчивости. Методические указания

Санкт-Петербург

2015 г

Методические указания составлены в соответствии с содержанием практических занятий по курсу «Качка и мореходность объектов» и предназначены в основном для бакалавров , обучающихся по специальности « Теория корабля и гидроаэродинамика». Однако, могут быть полезны и студентам других специальностей , выполняющим расчетные, курсовые и дипломные работы, в которые входят расчеты по качке корабля.

В указаниях изложена методика практического расчета нелинейной бортовой качки корабля на тихой воде и регулярном волнении, приведены необходимые расчетные зависимости для определения собственных периодов и амплитудно-частотных характеристик; численные примеры и необходимый графический материал.

СЕМЕНОВА

Виктория Юрьевна

Практические расчеты нелинейной бортовой качки корабля с заданной диаграммой статической остойчивости. . Введение

Нелинейная теория качки- это раздел теории качки относительно большой или, как чаще принято называть, конечной амплитуды, базирующийся на составлении и решении нелинейных дифференциальных уравнений движения судна и жидкости. Важнейшее прикладное значение нелинейной теории качки заключается в обеспечении безаварийной эксплуатации судов на волнении.

Нелинейная теория качки необходима для решения таких практически важных задач мореходности, которые не удовлетворяют допущениям об относительной малости амплитуд и скоростей колебаний судна и жидкости, принятым в линейной теории и соответственно выходят за ее пределы. К таким задачам относятся :

1. определение максимальной амплитуды качки в условиях жестокого шторма с силой 7,8 или 9 балов;

2. расчет бортовой качки судов с малой метацентрической высотой и S-образной диаграммой остойчивости

3. расчет качки низкобортных судов и других плавучих сооружений, когда при интенсивной качке кромка палубы систематически входит в воду.

4. Исследование и расчет качки аварийного судна, имеющего крен или дифферент.

5. Выявление, изучение и количественная оценка субгармонических режимов качки судов , которые не удается обнаружить при изучении чисто линейными методами. Субгармонические режимы зависят в основном от нелинейных факторов ( например, нелинейность диаграммы статической остойчивости) и от взаимной связи отдельных видов качки.

Нелинейности процесса качки судна на волнении многообразны и обусловлены различными математическими и физическими факторами. К физическим факторам относятся такие как криволинейность обводов корпуса, переменность смоченной поверхности при колебаниях, влияние вязкостных эффектов. Математически нелинейности обусловлены во-первых нелинейностью уравнений Навье-Стокса, во-вторых нелинейностью граничных условий на свободной поверхности жидкости и на смоченной поверхности качающегося судна и в-третьих нелинейными связями между первой и второй системами координат.

Даже в предположении, что жидкость идеальна, а ее движение безвихревое, граничные условия оказываются нелинейными, в связи с чем действующие на судно гидродинамические силы являются сложными нелинейными функциями его скоростей и перемещений. Это приводит к невозможности разделения данных сил на отдельные категории, как это делалось в линейной теории.

Сложность достаточно точного определения гидродинамических сил в общей задаче о нелинейной качке привела к ее разделению на частные задачи, в основе которого лежат физические закономерности отдельных видов колебаний на тихой воде и на волнении. Наиболее важными для практики и достаточно изученными являются задачи о бортовой качке конечной амплитуды на спокойной воде и на регулярном волнении.