非线性横摇阻尼的试验确定——数据处理方法

　　收稿日期：2 0 0 1 - 0 6 - 1 2e基金项目：国家自然科学基金资助项目 （1 0 0 7 2 0 2 1）作者简介：李远林 （1 9 4 2 -） ， 男， 副教授， 主要从事船舶与海洋工程水动力学研究.文章编号：1 0 0 0 - 5 6 5 X （2 0 0 2） 0 2 - 0 0 7 9 - 0 4非线性横摇阻尼的试验确定e— — —数据处理方法李远林伍晓榕（华南理工大学 交通学院，广东 广州5 1 0 6 4 0）摘析， 研究了对大幅横摇随机讯号采用随机减量法确定非线性阻尼方法的理论依据.同时讨论了在处理试验数据时所面临的一些问题.指出， 随机减量法的测量精度极大地依赖于门槛值和分段的段数， 对相对较短的试验记录， 采用增加负门槛值使分...

　　收稿日期：2 0 0 1 - 0 6 - 1 2e基金项目：国家自然科学基金资助项目 （1 0 0 7 2 0 2 1）作者简介：李远林 （1 9 4 2 -） ， 男， 副教授， 主要从事船舶与海洋工程水动力学研究.文章编号：1 0 0 0 - 5 6 5 X （2 0 0 2） 0 2 - 0 0 7 9 - 0 4非线性横摇阻尼的试验确定e 数据处理方法李远林伍晓榕（华南理工大学 交通学院，广东 广州5 1 0 6 4 0）摘析， 研究了对大幅横摇随机讯号采用随机减量法确定非线性阻尼方法的理论依据.同时讨论了在处理试验数据时所面临的一些问题.指出， 随机减量法的测量精度极大地依赖于门槛值和分段的段数， 对相对较短的试验记录， 采用增加负门槛值使分段段数约可增大一倍， 从而可以改善分析结果.关键词：非线性；横摇阻尼；随机减量法中图分类号：U6 6 6 . 3 2文献标识码：A要：通过对规则波中和不规则波中横摇衰减试验以确定非线性横摇阻尼的数据分在预报船舶横摇运动的理论研究中， 最为困难的问题之一是非线性横摇阻尼的确定.由于线性意义上的波浪阻尼非常小， 无法用势流理论确定横摇运动.现阶段均采用试验方法确定横摇阻尼， 通常是用船舶 （实船或模型） 作横摇衰减试验， 得到衰减曲线再经分析确定阻尼系数.这方面， 日本学者K a t o等人［1］做了大量的工作， 所得的回归曲线， 一直为理论预报程序沿用至今.然而波浪对阻尼的影响， 特别是波浪中大幅横摇的非线性横摇阻尼的研究仍不多见.就横摇衰减试验的数据分析而言， 虽然对静水中的衰减曲线进行分析得到非线性阻尼系数的方法已趋成熟， 但根据波浪中的横摇运动时历数据分析出衰减曲线的方法却仍有许多问题值得探讨.特别是不规则波中测得的随机横摇运动记录， 一般都采用所谓随机减量法得到衰减曲线.无论是理论还是方法都还存在许多问题.随机减量法最早是由C o l e构强度， 随后由大量学者用于高层建筑、 桥梁和海洋［2］用于分析飞机结平台等领域［3， 4］.我国也早在1 9 8 5年［5］就已应用于确定横摇阻尼衰减曲线了.但其理论基础是建立在线性系统基础上的， 在非线性系统中能否应用， 涉及的相当少， 因而能否用于确定非线性横摇阻尼尚存疑问.本文拟根据规则波中船横摇衰减试验和不规则波中横摇运动试验， 采用数值滤波和随机减量法分析得出横摇衰减曲线， 集中讨论随机减量法在分析非线性横摇中的适用性及相关的一些问题.1 理论背景一个典型的非线性横摇运动方程表示为!+B（ !）+C（!）= M（t）式中： I为横摇惯量； B（ 复力矩；M（t） 为波浪扰动力矩.不同的研究者会采用不同的阻尼和恢复力形式， 以模拟横摇运动的非线性.采用得较多的是如下形式：B（ !）=BL!+BN!2， C（!）=C1!+C3!3.而波浪扰动力矩， 通常采用小扰动形式：规则波 I （1）!）为阻尼力矩； C（!）为恢M（t）=0c o s # t i = 1 ic o s （#i t+$ i L） 不规则波.式中： i为波幅； #i为波浪频率；$ i为相位差.华 南 理 工 大 学 学 报（ 自 然 科 学 版 ）第3 0卷 第2期2 0 0 2年2月J o u r n a l o fS o u t hC h i n aU n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g yV o l . 3 0N o . 2（N a t u r a l S c i e n c ee d i t i o n）F e b r u a r y 2 0 0 2