1、毕业论文开题报告航海技术超大型船舶港内系泊模式与安全性研究一、选题的背景与意义随着航运业的发展，大型船舶日益增多，于是这同时也带来了很多的技术与安全的问题，诸如大型船舶系泊模式与码头设计等。然而现今多数船舶在港内均采用多点系泊，当船舶系泊在码头上时，船舶、缆绳、护舷、水体及码头共同组成一个复合的弹性结构体系，在波浪、水流和风等动力作用下，致使系泊的船舶将产生6个自由度的运动即横荡、纵荡、垂荡、横摇、纵摇、艏摇，其物理现象颇为复杂。而由于系泊不牢而造成的事故屡屡发生。1987年8月13日，巴拿马籍货轮“大鹰海”号在系泊宝钢码头时，因受强风与急流的冲击，全船系缆全部崩断，船体在急流的推动下，冲下栈
2、桥，撞毁桥墩四组及桥面200多米，船身四处破裂，对宝钢正常生产产生了严重威胁；1988年6月28日上海远洋运输公司“雪海”轮在黄浦江8一9浮筒之间系泊,因遇强烈阵风和受急后潮流作用,造成尾缆断裂,船体漂移失控,与过路船舶相碰,又擦撞泊岸舰艇。目前,上海港内作业的船舶尺度大数量多,系泊安全已成为一个重要的问题；1994年KEYSTONECANYON号油轮在ASTORIA码头受狂风袭击，缆绳全部断裂；1996年北仑港矿石码头栈桥撞断等事故。所以系泊系统的载荷和布置等因素直接关系到港口及船舶的安全，因此其存在的各种问题值得我们去分析研究。港口船舶的安全系泊的因素有船舶的大小、船舶的类型、系泊缆索类型
3、及布置、系泊设备、码头类型、港口设施等。结合港口的实际状况对船舶和缆索进行载荷分析研究，可以评估船舶系泊时缆绳和码头护舷的受力是否在允许的安全载荷范围内，确保系泊的船舶以及码头的安全，对于系泊方法选择、系泊设备的优化配置和码头设计具有建设性意义。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题研究的基本内容1主要介绍港内船舶的系泊模式与系泊系统及其安全问题探讨，国内外研究现状以及存在的相关问题；2针对港内系泊中的船舶以及系泊缆索的载荷结合风流作用进行分析研究，开展系泊系统的理论分析,对非线性计算方法进行简要的分析,提出防止断缆的优化措施,构想切实可行的码头设计方案，对比分析得出结论；3简述本课题的理论意义
4、及应用价值及自己的推导结论。拟解决的主要问题1对大型船舶的系泊模式进行研究与分析；2分析当今大型船舶系泊存在的安全问题及其解决办法；3对大型船舶的系泊设施进行优化；4未来码头的设计方向。三、研究的方法与技术路线1研究背景经过阅读与了解发现一些大型船舶在系泊期间，由于系泊未牢固等原因，在风流变化剧烈情况下导致缆绳断裂而使船舶漂移失控，然而对周边来往或系泊的船舶以及码头等造成不堪设想的损坏，同时也对环境与资产造成大程度的破坏与损失。尽管人们在这方面投入了很大的资力与技术，可是像类似的问题却不断的在发生，因此关于这方面的问题还需要我们不断地去研究并解决。关于这方面的研究及其成果也有很多，例如1958
5、年世界第一套单点系泊系统在瑞典作为“海上加油站”成功投产，揭开了单点系泊技术在海洋石油开采和海上原油中转等领域上的应用的序幕，同时可以供大型船舶系泊和装卸原油或矿砂，充分发挥了大型船舶运输的优越性；又好比在开敞水域中设立的蝶形码头等，为大型船舶靠泊提供了很大的方便。笔者在这里认为这种设计有一个很突出的优点，就是当涨落潮潮差相差较大时，每一根缆绳的仰角变化不大，保证了缆绳的受力范围较小。2实施计划1）研究内容通过分析前人的研究结果，结合课本知识来证明和推导自己的结论，并提出相应的解决办法和方案。2）研究方法（采用的是文献研究法）前期，通过网络和图书馆等渠道查阅相关资料，翻译相关参考外文资料，理解
6、参考文献所述内容并筛选与本课题有关的内容。中期，开展系泊系统的理论分析，对不同系泊模式进行阐述与比对，对非线性计算方法进行分析与应用，对缆绳受力进行定性的分析，并根据所掌握的资料运用对比研究法，提出防止断缆的优化措施。后期，拟写出自己对超大型船舶港内系泊模式与安全性的看法和结论，使研究结果运用于实际。四、研究的总体安排与进度12011年12月26日论文开题答辩，确认论文题目。22011年1月5日完善论文资料收集，进入论文文撰写。32011年1月18日指导老师对论文初检，提出下一阶段任务。32011年2月16日毕业实习开始，在毕业实习中测量一些数据。52011年3月20日毕业实习结束，完善毕业论
7、文，做最后数据处理。62011年5月7日上交毕业论文，做答辩的一些相关准备。72011年5月15日进行毕业论文答辩。五、主要参考文献1王风龙在波浪作用下系泊船舶横移、横摇和升沉量的估算J港口工程1993,18212桂满海，徐志海，梁艳楠MEG对大型油船系泊能力手工计算方法的介绍A2008,63杨宪章,刘毅,李文玉波流联合作用下的船舶系泊A2006,14雷海超大型船舶系泊北仑港宝钢码头安全对策N上海海运学院学报19895张亚赞船舶靠泊期间系缆安全的探讨N集美航海学院学报1997,1536徐建豪船舶系泊防台风方法探讨A中国水运中国水运2008,8127梁伟民船舶在大风浪天气中的系泊安全N珠江水运2
8、002,20218张海文大型船舶浮筒系泊断缆事故分析N交通部上海船舶运输科学研究所学报1992,1529陈翰飞大型集装箱船舶靠泊注意事项J港口引航2008,495010徐道猛、刘大鹏、兰曙阳大型油船系泊安全研究J港口科技港口安全1166011白辅中浮体系泊力计算述评J港口工程1993,（1）122112刘必劲、孙昭晨、张志明、杨国平横浪作用下大型开敞式码头系泊船舶运动量研究J水运工程2008,（8）969813李焱,郑宝友,高峰,孟祥玮浪流作用下系泊船舶撞击力和系缆力试验研究J海洋工程2007，25（2）14刘祥玉，彭瑞特殊船舶的系泊问题初探A中国港湾建设2007,3404115杨宪章系泊船舶
9、的频率响应特性J港口工程1989,216陈谊舟影响大型集装箱船舶安全系泊的若干因素J中海集装箱运输有限公司2008,9293317MOORINGEQUIPMENTGUIDELINES3RDEDITIONPGREATBRITAIN200818XIANGYI,TANJIAHUAANALYSISOFMOORINGLINESFORCESOFABERTHEDSHIPPCHINAJOURNALOFSHIPMECHANICS2002632027毕业论文文献综述航海技术超大型船舶港内系泊模式与安全性研究一、材料来源情况为了能较好的完成论文，我查阅和参考了很多与本课题相关的书籍、期刊以及研究资料、材料等。主要途
10、径有1、充分利用学校图书馆丰富的数字图书资源，查找了许多有关本课题的专家著作、期刊文章以及学位论文等。2、向老师咨询相关本课题的文章和著作。3、充分利用网络资源，仔细收集与本课题相关的信息和文章。4、从所学的教材上收集对本课题有用或相关的理论知识和材料等。二、对课题的研究历史、研究现状等进行准确的分析与归纳并作出简要评述经过多年的研究，关于超大型船舶港内系泊模式与安全性研究相关的结论与看法可以归纳为系泊指南要求1缆索尽可能对称布置于船舯附近。2横缆尽量垂直于船的纵向中心线并尽可能靠近船艉和船艏。3系泊缆索的垂向角应保持最小，最大角度不得超过25。4布置缆索，应使作用相同的缆索在船上绞车和岸上系
11、缆桩问的长度大致相等。5绞车最小额定拉力约为缆索的30MBL最小破断力。新的绞车刹车应能制动系泊索的80MBL，并具有调整至系泊索的60MBL的措施。杨宪章、刘毅、李文玉在“波流联合作用下的船舶系泊”中给出以下结论与建议1波、流联合作用下系泊船舶的运动及缆力是一个十分复杂的问题,在水深流急的海域建设开敞式码头,在综合考虑波浪、水流和风的情况下,尽可能做到码头轴线顺流布置,使相对流向角最小。（2）码头作业对船舶运动幅度要求较宽的系泊船舶,例如矿石船、油船等,系泊缆绳最好采用尼龙缆,因为钢丝缆弹性变形很小。大型船舶系带二三十根缆绳,在波流作用下系缆,其松紧度不可能系带均匀,较紧的缆绳势必受力很大,
12、容易首先破断。且从操方便考虑,钢丝缆不会太粗,而较细的钢丝缆破断力又较小,流急浪大时容易断缆。尼龙缆弹性变形较大,系带方便,初始系缆的松紧不一可相互补偿,且可采用较粗缆绳,其破断力可远大于能采用的钢丝缆。3船舶系泊中艏、艉缆绳不宜过长,否则在流急浪大时,不能有效的约束船舶运动,且容易造成横缆或倒缆等短缆断缆。若欲限制船舶过大的纵向运动,可通过加强倒缆解决。4要特别关注长周期涌浪对系泊船舶的影响。加强波浪预报,当长周期涌浪来袭时,船舶应及时逃离码头,以免对船舶或码头造成损坏。大型系泊船舶遭遇一般涌浪时,亦应加强码头管理,及时调整系缆,防止或减少断缆现象发生。雷海在“超大型船舶系泊北仑港宝钢码头安
13、全对策”提到一些应变措施如下（1）船长应熟练地掌握当地潮汐、潮流、河流港的上游天气变化,以防不测。（2）满载超大型船舶,在洪水季节、大潮汐、高高潮后急落流时,除了调整系缆位置和增加系缆根数外,船长应加派人员加强巡视,检查缆绳均匀受力和磨损情况。（3）船长应适时备车、舵、锚,以便急落流用车舵协助,减轻缆留力万一断缆飘泊,可用车舵稳住船舶,再抛锚定位,以免酿成大事故。（4）在泊位附近备有拖轮值班,一旦发现船舶险情,可随时出动协助。在大潮急落流时,应有拖轮顶推,以减少船舶缆绳所受的张力及其力矩。张亚赞在“船舶靠泊期间系缆安全的探讨”中提到改善靠泊期间系缆均衡受力的几种方法1按系缆的新旧情况适当调整其
14、松紧,比如新缆宜收紧些,旧缆则可松驰些。2在配缆时,尽量采用同一材料及相同周长的缆绳。3自动缆机的系缆在强劲的大风或急流中,不应继续处于自动位置,应以刹车挽住系缆,以防松出。4每根系缆可以绞得紧些,但各缆桩在挽缆时可不必过分挽牢,而在受强风或急流影响时应让其先伸长后滑出,然后加缆几道当再次受力时,则不让他们再度滑出,以此缓解缆绳松紧不均衡的状态,减少各根系缆受强力作用而伸长不一的差别徐道猛、刘大鹏、兰曙阳在“大型油船系泊安全研究”中提出有关船舶系泊安全注意事项及要求归纳如下（1）为保证船舶的系泊安全，首先要综合考虑泊位结构型式，船舶的出缆口位置，码头潮汐、风、浪、流及装卸量问题，确定最合理的布
15、缆方式。（2）加强对船舶的缆绳检查、调整工作；缆绳有旧伤的，不符合指南要求的，船方要及时更换。装卸船的过程中合理调整缆绳。（3）减少恶劣海况下的靠泊计划，如果在海流比较大的时候系泊根据潮汐表在潮差超过60CM的时候，枯潮前2H拖轮要到现场监护，码头提示船方调整缆绳。（4）在潮差变化较快的时候根据潮差和船舶厘米下沉吨、油品密度情况，控制卸船量和压舱水的量，减缓船位的变化情况。（5）作用相同的缆绳长度尽量相等，保证缆绳有一定的预紧力，尽量让缆绳方向与流向相一致，为了保证缆绳的垂向角小于25，可以带交叉缆短缆在上，长缆在下。（6）船方在绞缆的时候无法保证相同作用缆绳的力都相等，调整缆绳时也没有检测手
16、段来检查每条缆绳的预紧力，因此在船上或岸上增设缆绳的测力装置就显得尤为重要。（7）除船舶受潮汐、海况、泊位状况对靠系泊的影响之外，考虑到船上艏艉部系泊绞车位置不均衡，还应统筹考虑不同船型在不同泊位的具体系泊方式，以保证船舶、码头和海洋环境的安全，这确实是值得码头设计、建设和管理等各方面关注的问题。日本神户商船大学久保雅义在“港内系泊船的摇摆及其减摇方法”中谈到系泊船摇摆的控制方法与措施有（1）短周期船体摇摆的控制（A）以配置来控制防波堤摇摆；（B）利用岸壁结构和离岸距离来控制系泊船的摇摆；为了降低港内渡高，可使甩低反射岸壁。低反射岸壁大致可分为两种，一种是流律粗力与流速成正比，另一种是流体阻力
17、与流速的平方成正比。（C）借助系泊弹簧特性控制系泊船的摇摆；（D）利用缓冲器控制船体摇摆在系泊系统中，有衰减力的缓冲器对控制船体的运动是有效的。（2）长周期船体摇摆的控制（A）把非对称系泊改为对称系泊，以控制船体摇摆；（B）改变系泊缆绳的弹簧常数，以控制船体摇摆；（C）借助不同泊位位置控制船体摇摆；（D）借助衰减力控制长周期摇摆。三、表达自己的观点与主张，阐述该课题的发展动向和趋势经过分析，根据系缆载荷分析可以得出以下结论1、系缆索应以船中对称分布；2、横缆尽可能与船舶首尾方向垂直；3、倒缆应尽可能与船的中线平行；4、首缆、尾缆在其有效系泊长度下就能安全系泊；5、系缆的垂直角应尽量保持最小；6
18、、所有系缆都可以采用相同大小、尺寸和材料缆绳；7、船与码头的缆桩之间的长度应保持相同。在广泛借鉴和吸收国内外理论和方法的基础上，有以下几个方面展开研究与发展趋势1研究不同材料和不同系缆结构的动力学参数，包括尼龙缆、链缆链系泊结构等，确定其横向和纵向的阻尼特性，研究动刚度特性的确定方法和随振动周期的变化规律；2综合考虑海底地形、材料非线性和系泊结构非线性，确定系泊系统的非线性回复刚度，考虑系泊系统与主体运动之间的耦合，建立平台耦合系统运动的预报方法和动张力的计算方法；3研究波浪载荷作用下系泊缆松弛一张紧状态的转变对整个系泊系统响应的影响机理，在深海情况下系泊浮体发生大幅无序运动，系缆剧烈的松弛与
19、绷紧导致缆的严重变形，预测系泊系统突变张力的变化规律；4考虑系缆材料及系泊结构引起的非连续刚度，计算系泊系统的动力响应，评估非连续刚度对于系泊力的影响及系泊缆的安全；5研究系泊系统中存在的运动不稳定性、运动响应跳跃、稳定性、分岔和混沌等复杂动力特性出现的条件，为系泊系统的设计、运动控制及安全评估提供理论依据。参考文献1王风龙在波浪作用下系泊船舶横移、横摇和升沉量的估算J港口工程1993,18212桂满海，徐志海，梁艳楠MEG对大型油船系泊能力手工计算方法的介绍A2008,63杨宪章,刘毅,李文玉波流联合作用下的船舶系泊A2006,14雷海超大型船舶系泊北仑港宝钢码头安全对策N上海海运学院学报1
20、9895张亚赞船舶靠泊期间系缆安全的探讨N集美航海学院学报1997,1536徐建豪船舶系泊防台风方法探讨A中国水运中国水运2008,8127梁伟民船舶在大风浪天气中的系泊安全N珠江水运2002,20218张海文大型船舶浮筒系泊断缆事故分析N交通部上海船舶运输科学研究所学报1992,1529陈翰飞大型集装箱船舶靠泊注意事项J港口引航2008,495010徐道猛、刘大鹏、兰曙阳大型油船系泊安全研究J港口科技港口安全1166011白辅中浮体系泊力计算述评J港口工程1993,（1）122112刘必劲、孙昭晨、张志明、杨国平横浪作用下大型开敞式码头系泊船舶运动量研究J水运工程2008,（8）969813
21、李焱,郑宝友,高峰,孟祥玮浪流作用下系泊船舶撞击力和系缆力试验研究J海洋工程2007，25（2）14刘祥玉，彭瑞特殊船舶的系泊问题初探A中国港湾建设2007,3404115杨宪章系泊船舶的频率响应特性J港口工程1989,216陈谊舟影响大型集装箱船舶安全系泊的若干因素J中海集装箱运输有限公司2008,9293317MOORINGEQUIPMENTGUIDELINES3RDEDITIONPGREATBRITAIN200818XIANGYI,TANJIAHUAANALYSISOFMOORINGLINESFORCESOFABERTHEDSHIPPCHINAJOURNALOFSHIPMECHANICS
22、2002632027本科毕业论文（20届）超大型船舶港内系泊模式和安全性研究目录超大型船舶港内系泊模式111相关定义及其特点12单点系泊和多点系泊在风流作用下的受力分析121风浪流联合作用下单点系泊船的受力分析1211漂移力的计算2212风力的计算2213流力的计算2214总的风浪流载荷3215算例和验证322风流作用下多点系泊的受力分析5221环境载荷的计算5222多点系泊模式的系泊能力的计算9系泊设备1131系船缆1232缆绳的破断强度及其安全强度1233系缆的名称及作用13331系缆靠码头时缆绳的名称与作用13332浮筒系缆名称及作用1334系缆的配备1335系泊设备的组成14351系缆
23、装置14352导缆装置14353绞缆机1436系泊设备的检查保养和使用注意事项14系泊的布置151系泊指南的相关规则152系泊型式16安全性问题的讨论与解决1651船舶靠泊期间存在的问题16511值班职责与责任16512系缆的不均衡受力17513断缆的发生17514系缆设备的缺陷17515码头布置系缆柱间存在的问题18516气候与环境所带来的不利因素1852靠泊期间系缆的安全措施18521加强安全意识和管理水平18522解决设备所存在的缺陷19523消除系泊期间断缆的不利因素196结论与观点1961对船舶系泊在波流联合作用下总结出的结论及观点1962对潮流变化较大的港口，船舶在系泊时可采取的应
24、变措施2063改善靠泊期间系缆均衡受力的方法2064码头调节缆绳时的工作要点2065系泊时控制船舶摇摆的方法和措施20651短周期船体摇摆的控制20652长周期船体摇摆的控制2066关于船舶系泊安全注意事项及要求21摘要对超大型船舶在港内的系泊模式及其相应的安全问题进行了探讨，研究了优化大型船舶港内系泊的方法，通过研究第三版的系泊指南的要求和诸多学者的相关观点与自己的观点相结合进行了分析和总结。分析得知，在目前的系泊设备技术约束下，缆绳的材料与布置及其配备是系泊船舶是否牢固与安全的重要因素，码头系泊设计和系泊装备及其值班人员的安全意识和工作态度息息相关。所以解决以上因素对提高超大型船舶港内系泊
25、的安全性具有很大作用。关键词单点系泊；多点系泊；受力分析；系泊设备；安全措施ABSTRACTTHEARTICLEEXPLORESANDDISCUSSESMOORINGPATTERNSOFSUPERLARGESHIPSINPORTANDRELEVANTSAFETYISSUEINPROCESSOFMOORINGITGIVESARESEARCHTOTHEMETHODSWHICHOPTIMIZELARGESHIPMOORINGINPORTTHROUGHRESEARCHONREQUIREMENTOFTHETHIRDEDITIONOFMOORINGGUIDELINESANDMANYSCHOLARSRELE
26、VANTVIEWS,THENANALYZESANDSUMMARIZESITAFTERCOMBININGTHEIRVIEWSWITHMINEANALYSISSHOWSTHATUNDERTHELIMITSOFCURRENTLYMOORINGEQUIPMENTS,MATERIALS,ARRANGEMENTANDTHEEQUIPMENTSOFCABLEARETHEIMPORTANTFACTORSWHICHDECIDEWHETHERTHEMOOREDSHIPSAREFIRMANDSAFEANDITISALSOCLOSELYINTERRELATEDTOMOORINGDESIGN,MOORINGEQUIPM
27、ENTANDTHESAFETYCONSCIOUSNESSANDALTITUDETOWORKOFOPERATORONDUTYONPIERSOSOLVINGTHEABOVEFACTORSISVERYHELPFULFORINCREASINGTHESAFETYOFSUPERLARGESHIPMOORINGINPORTKEYWORDSSINGLEPOINTMOORINGMULTIPOINTMOORINGFORCEANALYSISMOORINGSSAFETYMEASURES10引言随着航运业的发展，大型船舶日益增多，于是这同时也带来了很多的技术和安全性的问题，诸如大型船舶的系泊与码头设计等。然而现今多数船
28、舶在港内均采用多点系泊，当船舶系泊在码头上时，船舶、缆绳、护舷、水体及码头共同组成一个复合的弹性结构体系，在波浪、水流和风等动力作用下，致使系泊的船舶将产生6个自由度的运动即横荡、纵荡、垂荡、横摇、纵摇、艏摇，其物理现象颇为复杂。而由于系泊不牢而造成的事故屡屡发生1987年8月13日，巴拿马籍货轮“大鹰海号”在系泊宝钢码头时，因受强风与急流的冲击，全船系缆全部崩断，船体在急流的推动下，冲下栈桥，撞毁桥墩四组及桥面200多米，船身四处破裂，对宝钢正常生产产生了严重威胁1；1987年PAH轮在宝山钢铁厂1号原料泊位在卸货过程中,由于缆绳滑脱,船身前后移位10余米,码头卸矿吊机司机及时发现,收起吊机
29、悬臂架,避免了一场船机损坏的重大事故。1987年8月13日,巴拿马籍DYH轮35000吨级散装船满载化肥,靠上海宝山钢铁厂原料3号泊位,断缆飘泊后触碰引桥,使引桥四跨长达150米桥面掉入江中,造成近3个月停产重大事故,经济损失达数亿元2。目前,港内作业的船舶尺度大数量多,系泊安全已成为一个重要的问题，所以系泊系统的载荷和布置等因素直接关系到港口及船舶的安全，因此其存在的各种问题值得我们去分析研究。港口船舶的安全系泊的因素有船舶的大小、船舶的类型、系泊缆索类型及布置、系泊设备、码头类型、港口设施等。结合港口的实际状况对船舶和缆索进行载荷分析研究，可以评估船舶系泊时缆绳和码头护舷的受力是否在允许的
30、安全载荷范围内，确保系泊的船舶以及码头的安全，对于系泊方法选择、系泊设备的优化配置和码头设计具有建设性意义。超大型船舶港内系泊模式11相关定义及其特点所谓超大型船舶现今也没有一个确定的定义或划分，通常可认为总吨位超过10万总吨的船舶，一般用于运输石油、矿砂等。超大型船舶的特点是排水量大，惯性大，停船性能较差，追随性差，舵对船舶航向的控制能力较低等。港内的系泊模式可分为两大类单点系泊（SINGLEPOINTMOORING），定义即允许系泊船舶随着风、浪、流作用方向的变化而绕单个系泊点自由回转的系泊方式。狭义上来说就是在海上设置单个浮筒，供船舶停靠并进行装卸作业的系统，广义即在海上提供一个点来约束
31、浮体的一种方式。简言之，与固定码头相比，它的最大特点即系泊方式是“点”，也就是大型油轮或超大型油轮可以系泊于近海海面上的一个深水“点”，然后进行装卸货操作，单点系泊码头通常由一个能够漂浮在海面上的浮筒和铺设在海底与陆地贮藏系统连接的管道组成。多点系泊（MULTIPOINTMOORING），狭义的即是在海上设置多个浮筒，供船舶停靠并进行装卸作业的系统，然而广义的即是在海上提供多个点来约束浮体的一种方式。其主要的特点就是通过多个点将船舶束缚在一定允许的范围内，使船舶不因为风流等作用力而自由移动，不同方向的多跟缆绳成对称性的将船舶固定在系泊系统中，使得船舶能够抵抗来自不同方向的外力。2单点系泊和多点
32、系泊在风流作用下的受力分析21风浪流联合作用下单点系泊船的受力分析当船舶锚泊在波浪中时，如果波浪是规则的，则除了产生与波浪频率一致的摇荡运动外。还伴有浮体平均位置的偏移；如果波浪是不规则的，则伴有长周期的漂移运动。这一运动的频率远较不规则波的特征频率为低。而且振荡运动的平均位置也将不在浮体原先的平衡位置上产生了漂移。再加上风流的影响，单点系泊船在海上的运动幅值可能是很大的。对于单点系泊的浮式储油轮，为了保证生产的安全可靠以及不对生态环境造成不利影响，需要选择合适的锚、缆绳和舵机，为此就有必要对其进行环境荷载的受力分析。2211漂移力的计算在目前船舶操纵性计算中,主要采用远场积分法计算漂移力。设
33、船体无航速地浮于自由表面，在流场中取一流体体积，它由物面、自由液面和半径无限大的半球面组成，在该流域中利用能量和动量守恒方程，并引入细长体假定，可以得到船体在规则波中水平面内的漂移力的近似公式320COS3COSCOS81LXIKXXDAEXBXGKF3COS53IAEBDXIXILXIKDEDIXXIKCOS520COS3SINSIN81LXIKXYDAEXBXGKF3COS53IAEBDXIXILXIKDEDIXXIKCOS5XIIBXXBIIIXGKAMLLXYD121202SIN21DXDXXKXICOSSIN0式中XDF为漂移力的纵向分力；YDF为漂移力的横向分力；XYDM为漂移力产
34、生的回转力矩；BX为吃水处各站的型宽；A为波浪的波幅；K为波浪的波数；X为浪向角；随浪的浪向角为零；3和5分别为3和5的共轭复数；3和5为垂荡和纵摇运动幅值。可由下式计算5DXEXIIXBIIIIXIKXLNCOS1221203DXEXIIXBIIIIXIKXLNCOS0121205其中的NI为水线面面积,DXXXBILNN212风力的计算对于风力的计算，包括横向风载荷、纵向风载荷和风引起的回转力矩三个部分3。212WXWYWXWAXWFCAVF212WYWYWYWAYWFCAVF212WXYWYWAXYWLCAVM式中YWF为横向风载荷；XWF为纵向风载荷；XYWM为风引起回转力矩；A为空气
35、的质量密度；WV为风速；YA为横向投影面积；YWC为横向风力阻力系数；WYWF为横向载荷的形函数；W为风的角度；XA为纵向投影面积；XWC为纵向风力阻力系数；WXWF为纵载荷的形函数；WXYWC为回转力矩系数。213流力的计算3对于流力的计算，包括横向流载荷、纵向流载荷和流引起的回转力矩三个部分。公式3如下CYCWLCWYCTCLVFSIN212PROPXFRICTIONXFORMXXCFFFFCXCACWCXCBCWSCVBTCVCOS21COS2122CPROPPCWCAVCOS212WLWLCYCXYCLLEFM式中YCF为横向流载荷；XCF为纵向流载荷；XYCM为流引起的回转力矩；W为
36、水的质量密度；CV为流速；WLL为船舶的水线间长；T为船舶吃水；YCC为横向流力阻力系数；C为流的角度；FORMXF为由形阻力引起的纵向流载荷；FRICTIONXF为由表面摩擦阻力引起的纵向载荷；PROPXF为由螺旋桨阻力引起的纵向流载荷；XCBC为纵向形阻力系数；S为湿表面积；XCAC为纵向表面摩擦系数；PA为螺旋桨叶面展开面积；PROPC为螺旋桨阻力系数；CE为YCF的偏心率；WLCLE的值为流向角和船舶类型的函数13。214总的风浪流载荷本文关于坐标系和角度是这样规定的坐标系原点位于船舶重心，由重心沿纵轴指向船头为X轴，由重心指向左舷为Y轴。随浪、随流、顺风为0，迎浪、迎流、逆风为180
37、。总载荷的计算公式3如下XDXCXWXTFFFFYDYCYWYTFFFFARMFMMMMYTXYDXYCXYW式中XTF为总的纵向载荷；YTF为总的横向载荷；M为总的回转力矩；ARM为船头系缆点到船舶重力中心的距离。215算例和验证这里引用的算例与结果是来自文献4，即如下1环境与船的数据1潮流涨潮流由东北向西南，最大流速为2KN。退潮流由西南向东北，最大流速为2KN。2风风向取东、南、西、北、东北、东南、西北、西南八个方向，最大风速均为15KN。3船总长49M；水线间长46M；船宽11M；吃水31M；排水量1264T；横向受风面积2072M；正向受风面积962M。4波浪三级海况，不规则波波谱采
38、用PM谱，有义波高1M。5水深系泊处的水深为20M。2漂移力的计算结果与验证计算出了在不同的浪向角，漂移力引起的回转力矩、纵向力和横向力值分别如图21、图22、图23所示。为了验证本程序的正确性，本文采用编写的程序对/L063这一情况将其计算结果与文献5中的计算结果进行了比较，如图24、图25、图26所示。可以发现两者基本上吻合。3风力和流力的计算结果4根据上述介绍的计算方法结合环境和船舶的相关数据，计算出了在不同的风向角，风力引起的回转力矩、纵向力和横向力值分别如图27、图28、图29所示。同时，还计算出了在不同的流向角，流力引起的回转力矩、纵向力和横向力值分别如图21O、图211、图212
39、所示。图21回转力值图22纵向力值图23横向力值图24两种情况比较结果图25两种情况结果比较图26两种情况结果比较注“”表示文献4的计算结果，“”表示文献3的计算结果5图27回转力矩值图28纵向力值图29横向力值图210回转力矩值图211纵向力值图212横向力值运用该方法可以计算出任意的风浪流方向组合时单点系泊船所受到的总的风浪流荷载，从而可以确定缆绳的张力。详文参阅文献3。22风流作用下多点系泊的受力分析221环境载荷的计算6在船舶系泊能力的分析过程中，首先要计算环境载荷，一般是考虑风和流的作用力。在MEG中给出的风力、流力的计算是根据特定的模型试验得到的无量纲系数来确定的。MEG认为航行于
40、无限航区的大于16000DWT的油船。系泊能力必须满足60KN风任意方向再加上3KN流0或180或者是2KN流10或170或者是075KN流横向力的最大角度。风速是水线面高10M处的30S平均速度。之所以取30S的平均速度是考虑系泊系统对风力的反应时间一般是30S。作用于船上的风的力和力矩可用下式5进行计算（注该船的垂线间长为313M，型宽为566M，型深为286M。）纵向力TWWAVCXWFXW27600/横向力LWWYWYWAVCF27600/摇摆力矩BPLWWLAVCXYWMXYW27600/作用于船上流的力和力矩可用下式进行计算纵向力BPCCXCXCTLVCF27600/纵向力矩BPC
41、CYCYCTLVCF27600/摇摆力矩227600/BPCCTLVCXYCFXYC其中XWC是无量纲纵向风力系数YWC是无量纲横向风力系数XYWC是无量纲风的摇摆力矩系数W是20C时空气的密度，取1223KG/3MTA是船体水面上的横向受风面积，2MLA是船体水面上的纵向受风面积，2MBPL是船舶的两柱间长，MXWF是风作用于船体上的纵向力，KNYWF是风作用于船体上的横向力，KNXYWM是风作用于船体上的摇摆力矩，KNMXCC是无量纲纵向流力系数YCC是无量纲横向流力系数XYCC是无量纲流的摇摆力矩系数C是20C时海水的密度。取1025KG3MCV是平均流速，KNT是船舶吃水，MXCF是流
42、作用于船体上的纵向力，KNYCF是流作用于船体上的横向力，KNXYCF是流作用于船体上的摇摆力矩，KNM若把作用在船体上的横向力分解为作用在首垂线YFC的和尾垂线的YAC，则无量纲系数和横向力可以转化成YAWYFWYWCCC和50YAWYFWXYWCCCXYWYWYFWCCC50和XYWYWYAWCCC50XACYFCYCCCC和50XACYFCXYCCCCXYCYCYFCCCC50和XYCYCYACCCC50LWWXAWXAWAVCF27600/LWWXFWXFWAVCF27600/BPWWXAWXAWTLVCF27600/BPCCXFCXFWTLVCF27600/7满载工况和压载工况的每个
43、方向的风力和流力的系数可以在MEGMOORINGEQUIPMENTGUIDELINES的图表上中查得。由于篇幅有限，这里不提供这些图表。船体坐标可见下图213。船体与环境力坐标系图13以下是根据上式计算的结果61满载工况时T2045M，水线上的横向受风面积10332M，水线上的纵向受风面积40232M。因港口的流速较大，所以在计算中在0和180的流速取为4KN。风对船的作用力见表21，流对船的作用力见表22。同时考虑风和流时最大的作用力为XF一57844862一10646KN向船尾XF455151529703KN向船首YAF11515L632327838KNYFF5985L3205L9190K
44、N2压载工况时T98M，水线上的横向受风面积L6362M，水线上的纵向受风面积73822M。风对船的作用力见表23流对船的作用力见表24。同时考虑风和流时最大的作用力为XF一82972443一L0740KN向船尾XF90435949498KN向船首表21满载工况时风对船的作用力KN0102030405060708090FWFYACFYFC4464000045513557534437683181207387184651841299010189248922641111531561682114614573123311515315679811306524628610872575281001101201
45、30140150160170180FW3721107192428043618432,74934540。65784FYAC10373975489778015661966192864125200FYFC598559415596504141904190173275700表22满载工况时流对船的作用力（KN0（4KN）102030405060708090FW5152834918538245443334219008FYAC5941632339904639516560726875746176657376FYFC59433949931302219832734269519560596662续表22满载工况时流
46、对船的作用力（KN100110120130140150160170180（4KN）FW2254225325232522513211974862FYAC6632551044323464259722611806504200FYFC68436717631455955068513747061320500表23压载工况时风对船的作用力0102030405060708090FW5815590457375244442934972587165678869FYAC0060981109315224185562137422999234822317422251FYFC0059025953088499574451048
47、6133511609718269续表23压载工况时风对船的作用力100110120130140150160170180FW4296861152194130214297576171218297FYAC2093419082166701386410961765911311300FYFC1986920955210701928316332129844734473400表24压载工况时流对船的作用力（KN0（4KN）102030405060708090FW35949521401381208648282116FYAC126909282456650806918974975931FYFC004041442553
48、67481598724829910续表24压载工况时流对船的作用力（KN100110120130140150160170180（4KN）FW10021553921151107022443FYAC84774061447934522312330100FYFC96296289777761642624978600YAF2348297524457KNYFF2107096222032KN9222多点系泊模式的系泊能力的计算计算中主要有以下基本计算要点1因为缆绳有一定的弹性。船舶的系泊能力是把所有系泊的缆绳看成一个系统来综合考虑。2船舶系泊系统中每根缆绳受力与COSCOS/L成比例其中L是缆绳从绞车到码头缆桩的长度，是缆绳在水平面上的偏离角度，是垂直方向上的倾斜角度。具体定义可参见下图214图214与的示图3船舶系泊系统中应假定有一根缆绳是最先破断的，并考虑此缆绳是最危险，以下标E表示。若考虑缆绳所能承受的最大负荷为055MBLMBL为缆绳的名义最大破断负荷，整个系泊系统所能承受的力为/COSCOSCOS/COS5502ICCCLLMBLR4）在计算中船舶的横向系泊力和纵向系泊力是分开单独考虑的。表25、表26是计算结果，计算中取MBL985KN。根据码头的实际条件来布置的船舶系泊系统的示例见下图215。图215系泊系统的示例表25满载工况计算结果LIN
