Analiza podatności statku na zjawisko rezonansu parametrycznego kołysań bocznych

• Autorzy: Wawrzyński W.

Warianty tytułu

EN

Vulnerability of the ships to the parametric roll resonance

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zjawisko kołysań parametrycznych opisane zostałojuż w połowie XX wieku, przy czym początkowo uznawane było,jako zagrożenie bezpieczeństwa statków małych. Podejście do zagadnienia uległo zmianie, gdy w 1998 roku w wyniku kołysań parametrycznych kontenerowca klasy post-Panamax, doszło do utraty 400 kontenerów a kolejnych 400 uległo zniszczeniu. Artykuł przedstawia opis zjawiska rezonansu parametrycznego kołysań bocznych oraz modeli matematycznych stosowanych do jego analizy ze szczególnym uwzględnieniem równania Mathieu, którejest podstawowym narzędziem wykorzystywanym do wyznaczania warunków wystąpienia kołysań parametrycznych. Głównym elementem artykułu są wyniki symulacji numerycznych wykonanych przy wykorzystaniu równania Mathieu obrazujące wzrost kołysań parametrycznych w funkcji czasu w tzw. obszarach niestabilności jak i możliwość wystąpienia kołysań parametrycznych w obszarach stabilnych. W oparciu o literaturę oraz wyniki obliczeń własnych określone zostały rozszerzone warunki wystąpienia i rozwoju kołysań parametrycznych statku. Przedstawiono również stan bieżący, proponowanych przez IMO, kryteriów oceny podatności statku na wystąpienie rezonansu parametrycznego kołysań bocznych.

EN

The parametric roll resonance is a phenomenon, which has already been described in the mid-twentieth century. However initially it was only considered as a threat to the stability of small ships. The approach to the issue changed after the year 1998, when on board of a post-Panamax containership, 400 containers were lost and additional 400 were devastated due to parametric roll. The paper presents a description of the phenomenon and the mathematical models used in its analysis with particular emphasis put on the Mathieu equation. Nowadays the Mathieu equation is a key instrument used in the process of determining the conditions of the parametric roll resonance onset, since it allows to define the criteria of the ships vulnerability for the parametric rolling. The main goal of the paper is presentation of the results of the numerical simulations performed by employing the Mathieu equation and showing the parametric roll increase in time for a ship in a resonance area. It is also shown that parametric rolling can occur outside the resonance area. The extended conditions for the parametric rolling onset and increasing are defined based on literature and own calculations. The paper also presents the current state of the vulnerability criteria for the parametric rolling failure mode proposed by the IMO.

Słowa kluczowe

PL

rezonans parametryczny; kołysania statku; bezpieczeństwo statku; równanie Mathieu

EN

parametric roll resonance; safety of the ship; Mathieu equation

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej
• Czasopismo: Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Transport
• Rocznik: 2016
• Tom: z. 110
• Strony: 85--106
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Wawrzyński W.

• Akademia Morska w Gdyni, Wydział Nawigacyjny

Bibliografia

• 1. Abramowitz M., Stegun I., Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, National Bureau of Standards, 1964.
• 2. Belenky V., Bassler C., Spyrou K., Development of Second Generation Intact Stability Criteria, NSWCCD-50-TR-2011/065.
• 3. Błocki W., Bezpieczeństwo statecznościowe statku w sytuacjach, Politechnika Gdańska, monografie 19, Gdańsk 2000.
• 4. Bulian Gabriele, Nonlinear parametric rolling in regular waves - a general procedure for the analytical approximation of the GZ curve and its use in time domain simulation, Ocean Engineering, 32, 2005, 309330.
• 5. Carmel S.M., Study of parametric rolling event on a panamax container vessel, Journal of the Transportation Research Board, No. 1963, Washington 2006.
• 6. Dong-Min Park,Yonghwan Kim, Kang-Hyun Song, Sensitivity in numerical analysis of parametric roll, Ocean Engineering, 67, 2013, 1-12.
• 7. Dudziak J., Okręt na fali, Wydawnictwo Morskie Gdańsk, Gdańsk 1980.
• 8. France W.M, Levadou M, Treakle T.W., Paulling J. R, Michel K, Moore C, An Investigation of Head-Sea Parametric Rolling and its Influence on Container Lashing Systems, 2003, Marine Technology, Vol. 40, No. 1, pp. 1-19.
• 9. Francescutto A., Bulian G., Nonlinear and stochastic aspects of parametric rolling modeling, Proceedings of the 6th International Ship Stability Workshop, 2002
• 10. Hayashi Ch., Forced oscillations in nonlinear systems, Nippon Printing and Publishing, Osaka 1961.
• 11. Himeno Y., Prediction of Ship Roll Damping - State of the Art, The University of Michigan, 1981.
• 12. Holden Ch., Galeazzi R., Rodriguez C., Perez T., Fossen T., Blanke M., Neves M., Nonlinear Container Ship Model for the Study of Parametric Roll Resonance, Modeling, Identification and Control, Vol. 28, No. 4, 2007.
• 13. Intact Stability Code, 2008, edition 2009, IMO 2009.
• 14. Neves. M., Rodriguez C., On unstable ship motions resulting from strong non-linear coupling, Ocean Engineering, 33, 2006.
• 15. Neves. M., Rodriguez C., A coupled non-linear mathematical model of parametric resonance of ships in head seas, Applied Mathematical Modelling, 33, 2009.
• 16. Palmquist M., Nygren C., Recording of head-sea parametric rolling on a PCTC. Technical report, International Maritime Organization, 2004.
• 17. Paulling J.R., Rosenberg R.M., On unstable ship motions resulting from nonlinear coupling, Journal of Ship Research, 1959, Vol. 3, No. 1, pp. 36-46.
• 18. Paulling J.R., The transverse stability of a ship in longitudinal seaway, Journal of Ship Research, 1959, Vol. 4, No. 4, pp. 37-49, 1961.
• 19. SDC 2/WP.4, Report of the Working Group (Part 1), IMO (London), 2015.
• 20. Shin Y.S., Belenky V.L., Paulling J.R., Weems K.M., Lin W.M., Criteria for Parametric Roll of Large Containerships in Longitudinal Seas, ABS Technical Papers, 2004.
• 21. Spanos D, Papanikolaou A, Benchmark Study on Numerical Simulation Methods for the Prediction of Parametric Roll of Shipp in Waves, Proceedings of the 10th International Conference on Stability of Ships and Ocean Vehicles, St. Petersburg 2009.
• 22. Umeda N., Current status of Second Generation Intact Stability Criteria Development and Some Recent Efforts, Proceedings of the 13th International Ship Stability Workshop, Brest, 2013.
• 23. Uzunoglu E.,Guedes Soares C., Automated processing of free roll decay experimental data, Ocean Engineering 102, 2015, p. 17-26.
• 24. Wawrzyński W., Wykorzystanie równania Mathieu do analizy kołysań statku, Logistyka 4/2015, CD 2.
• 25. Wawrzyński W., Badanie granicy wystąpienia rezonansu parametrycznego kołysań bocznych statku w oparciu o równanie Mathieu, Logistyka 4/2015, CD 1.
• 26. Wełnicki W., Mechanika ruchu okrętu, Politechnika Gdańska, Gdańsk 1989.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.