风浪流耦合作用下的系泊船舶与码头动力学分析
摘要
近些年，随着我国对外货运量的急剧增加，能够停靠大型和超大型船舶的内河码
头数量逐渐不足，导致码头的建设需要向外海海域发展。此前，国内外研究人员对内
河码头系泊船舶做了大量的分析与研究，但对外海开放式码头系泊船舶的研究较少。
由于外海开放式码头建设处于初期，其基础配套设施还不是很完善；尤其缺少防波堤
的存在会导致外海域复杂风浪流载荷直接作用于码头内的系泊船舶上，对系泊船舶稳
定性和系泊系统安全性产生一定的隐患。
本文以一艘排水量为20万吨的矿砂船为研究对象，使用AQWA和ANSYS
Workbench软件进行有限元仿真分析。研究了单船状态下的水动力性能、船舶与码头耦
合状态下的水动力性能、不同风浪流载荷耦合状态下的时域运动响应及船舶在自由、
系泊和风浪流载荷耦合作用三种不同状态下的动力学响应。主要研究内容如下：
首先，进行了七种不同波浪角度、五种不同水域深度和三种不同船舶吃水工况下
的单船水动力性能分析。通过比较船舶六自由度方向上RAO、附加质量和辐射阻尼参
数随入射波频率的变化规律来探讨船舶在不同角度、水深和吃水下的水动力性能。
第二，分析了码头与船舶相互耦合干扰情况下的船舶水动力性能并与无码头存在
时船舶水动力性能进行对比分析，探讨了码头对船舶水动力性能的影响规律；并研究
了船舶与码头四种不同间距下的船舶水动力性能变化规律。
第三，研究了常规海况中不同风浪流载荷耦合工况下系泊船舶的时域运动响应。
在风浪流载荷以不同角度入射下，通过对比系泊船舶六个自由度方向运动量最大值、
系泊缆绳张力最大值和防撞护舷反力最大值随不同周期、波高、风速和流速的变化规
律，进而探讨了风浪流耦合载荷对外海域开放式码头内系泊船舶的影响作用和系泊系
统的安全性。
最后，使用ANSYSWorkbench平台对船舶进行了某一瞬时时刻风浪流载荷耦合作
用下的动力学分析，对比分析了系泊船舶的位移、速度和加速度响应分布规律；并且
对比分析船舶在自由和系泊两种状态下的固有特性，探讨系泊缆绳对固有特性的影响。
关键词：耦合水动力性能；风浪流载荷；系泊船舶运动响应；缆绳张力；动力学分析
风浪流耦合作用下的系泊船舶与码头动力学分析
ABSTRACT
Inrecentyears,withtherapidincreaseofforeignfreighttransportationinourcountry,
thenumberofinlandterminalsthatcanwharflargeandsuperlargeshipsisgradually
insufficient,resultingintheneedfortheconstructionoftheterminaltobedevelopedinthe
seaarea.Beforethat,researchersathomeandabroadhavedonealotofanalysisandresearch
onmooringshipsininlandwharfs,buttherearefewstudiesonmooringshipsinopenwharfs
inopenseas.Becausetheconstructionoftheopenportisintheearlystage,itsinfrastructure
couldbebetter.Inparticular,thelackofbreakwaterwillleadtothedirectactionofcomplex
wind,waveandcurrentloadsonthemooringshipsinthewharf,whichwillbringsome
hiddendangerstothemoorings