摘要：海上运输是主要的物流手段之一。近年来，随着国际经济贸易的不断发展，航运业日益繁荣，船舶在海上的拖带作业相对增多，拖带作业的地位变得越来越重要。而船舶在进行拖带过程中难免遭遇风浪等恶劣气候条件，使得拖带作业遇到很大困难。为了分析在恶劣气候条件下船舶拖带作业的运动响应，保证拖带作业的使用性和安全性，本文通过调研收集国内外有关拖带系统的文献、资料，总结分析国内外船舶拖带系统的研究现状和发展趋势，用经典ANSYS-AQWA软件建立拖船和被拖船有限元模型，确定拖带作业的工况及环境载荷，通过软件对风浪流载荷作用下的船舶拖带进行数值模拟，对不同航速下船舶拖带作业运动响应进行分析，最后对拖带过程中缆绳张力进行校核，为设计拖带方案、选择缆绳提供依据和保障。

关键字：拖带作业；有限元法；AQWA；运动响应；缆绳张力

Abstract：Marine transportation is one of the main logistics modes. In recent years, with the development of international economy and trade, the shipping industry is becoming more and more prosperous, and the number of the towing operation of ships at sea is increasing. While the ship is in the process of towing, it may inevitably encountered stormy weather and other harsh conditions, making the towing operation encountered great difficulties. In order to analyze the motion response of ship towing performance under harsh climatic conditions, guarantee the use and safety of towing operation, this paper collects the domestic and foreign relevant research literature, towing system through the data analysis, research status and trend of domestic and foreign ship towing system, using the classic ANSYS-AQWA software to establish the finite element model of tug and tow. Then determine the operating conditions and the environment load of towing operation, numerical simulation of the ship towing loads on the dynamic wind flow, ship towing response at different velocities is analyzed, finally carries on the examination to the towing process of cable tension, provide the basis and guarantee for the selection of design scheme, towing cable.

Keywords：Towing Operation，Finite Element Method，AQWA, the motion response, line tension

目录

第一章绪论 1

1.1研究背景 1

1.2拖带系统的研究现状 1

1.2.1国外研究现状 1

1.2.2国内研究现状 2

1.3拖带系统发展趋势 3

1.4研究方案 3

1.5本章小结 4

第二章软件简介及有限元模型的建立 5

2.1ANSYS-AQWA软件简介[20-21] 5

2.1.1AQWA模块简介[15] 5

2.2有限元模型的建立 5

2.2.1120.1m沿海散货船主要参数 6

2.2.2120.1m沿海散货船有限元模型建立步骤 6

2.2.3拖带系统有限元模型的建立 13

2.3本章小结 15

第三章基本理论 16

3.1引言 16

3.2表面波理论 16

3.2.1表面波理论的基本方程和边界条件 16

3.2.2简单波浪理论 17

3.2.3辐射函数和绕射函数 18

3.2.4格林函数法 23

3.3环境载荷的计算 24

3.3.1波浪载荷 25

3.3.2风载荷 26

3.3.3流载荷 27

3.4本章小结 27

第四章水动力性能的计算与分析 28

4.1附加质量 28

4.2辐射阻尼系数 28

4.3一阶波激力随波浪入射角的变化特性 29

4.4平均二阶漂移力随波浪入射角的变化特性 33

4.5运动响应幅值算子随波浪入射角变化 35

4.6本章小结 39

第五章拖带系统运动计算结果分析 40

5.1环境载荷 40

5.2船舶拖带系统运动响应分析 40

5.3船舶拖带系统缆绳张力校核 50

5.4本章小结 52

结语 53

参考文献 54

致谢 56

第一章绪论

1.1研究背景

船舶拖带是水上常见的比较经济的一种作业方式，通常由拖船(轮)和被拖船(物体)组成。目前，常用的拖带方式主要包括两种：“拖”及“推”式。此外，船舶拖带还可以分为单一拖带、共同拖带、连接拖带。对于小型船舶来说，常常采用单一拖带；对于吨位较大的船舶来说，多使用共同及连接拖带。