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研究生: 戴紹捷
Tai, Shao-Chieh
論文名稱: 絞機預張力對貨櫃輪平靠繫泊穩定性及安全性的影響分析-高雄港案例分析
Analysis of Winch Pretension on the Stability and Safety of Container Ships Berthed at Kaohsiung Harbor
指導教授: 楊瑞源
Yang, Ray-Yeng
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 水利及海洋工程學系
Department of Hydraulic & Ocean Engineering
論文出版年: 2024
畢業學年度: 112
語文別: 中文
論文頁數: 90
中文關鍵詞: 船舶斷纜絞機預張力平靠繫泊颱風波浪防舷材預警系統
外文關鍵詞: mooring line failure, winch pretension, running mooring, typhoon wave, warning system, tension force
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  • 台灣由於地理位置及位處亞熱帶氣候,每年夏秋之際侵襲台灣的颱風,其瞬間強風將對港口中繫泊之船舶造成危害,對於停靠在港內之船隻將造成劇烈的搖晃,且在極端氣候條件下,船舶繫泊可能產生斷纜的機會將會大幅提升。因此本研究運用ANSYS AQWA及Orcina OrcaFlex等套裝數值模式進行模擬,並透過分析繫纜預張力、船體二維運動軌跡及五十年回歸波浪條件,去建立一套纜繩選定、預警標準應用及絞機預張力選定之方法。
    為了解船舶繫纜在平靠繫泊中,如何降低單一纜繩極端張力的產生,因此在規則波中透過不同波高與風速下的模擬,探討八條纜繩最大張力的特性,以及透過不同波向與風向下的模擬,探討貨櫃輪三維運動(縱移、俯仰、橫移、橫搖、平擺、升舉)特性。此外由於平靠繫泊靠泊於碼頭上,碼頭側邊則會有防舷材保護碼頭及船舶,因此在本研究中也同時去選定防舷材材料特性,並對其進行時序列及頻域分析,針對其在船舶有不同預張力繫纜,以及面對規則波及五十年回歸期波浪時,防舷材是否有不同的能量表現進行討論。

    Due to the geographical location, Taiwan is frequently affected by typhoons during the summer and autumn. The sudden strong winds from typhoons pose hazards to vessels moored in harbors. When facing extreme climates, vessels berthed in harbors experience severe rocking and there is a significantly increased risk of mooring failure when vessels are moored. Therefore, this study utilizes numerical modeling tools such as ANSYS AQWA and Orcina OrcaFlex to simulate and analyze the pretension of moorings, the two-dimensional motion trajectories of vessels, and the 50-year return typhoon wave conditions. The aim is to establish a method for selecting moorings, applying warning standards, and determining winch pretension. In order to understand how to reduce the occurrence of extreme tension in individual mooring during berthing, simulations are conducted under various wave height and wind speed in regular waves. The characteristics of maximum tension in eight moorings are explored. Additionally, simulations are performed under different wave and wind directions to investigate the three-dimensional motion characteristics (heave, pitch, sway, roll, yaw, surge) of container ships. Furthermore, since berthing involves mooring alongside a dock, protective fender materials are selected and their properties are analyzed in terms of time-domain and frequency-domain, considering different pre-tension forces in moorings and facing regular waves as well as fifty-year return wave conditions, to discuss whether fender materials exhibit different energy performances.

    摘要 i 致謝 xii 目錄 xiv 表目錄 xvii 圖目錄 xviii 第一章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 文獻回顧 1 1.2.1 船舶繫纜方式 1 1.2.2 預警系統 4 1.2.3 往昔研究 4 1.3 研究目的 5 1.4 本文架構 5 第二章 研究方法 7 2.1 數值軟體介紹 7 2.1.1 ANSYS AQWA 7 2.1.2 OrcaFlex 15 2.2 計算分析流程 27 第三章 數值模擬 28 3.1 模型建置 29 3.1.1 船體建置 29 3.1.2 繫纜建置 31 3.1.3 防舷材建置 32 3.1.4 絞機設定 33 3.1.5 碼頭建置 34 3.2 自然環境條件 35 3.3 試次規劃 38 第四章 結果與討論 41 4.1 纜繩張力分析 41 4.2 規則波作用下不同絞機預張力影響及頻域分析 43 4.2.1 規則波作用下不同絞機預張力影響 43 4.2.2 規則波作用下不同預張力的船舶運動軌跡 44 4.2.3 規則波作用下的頻域分析 47 4.2.4 規則波作用下預警條件分析 50 4.2.5 小結 51 4.3 五十年回歸期分析 52 4.3.1 純風作用下的纜繩時序列張力圖 52 4.3.2 純風作用下的纜繩張力頻譜能量圖 53 4.3.3 不規則波作用下的纜繩時序列張力圖 55 4.3.4 不規則波作用下的纜繩頻譜張力圖 56 4.3.5 不規則風波作用下不同預張力的船舶運動軌跡 57 4.3.6 不規則風波作用下的纜繩張力能量圖 59 4.3.7 不規則風波作用下的頻域分析 60 4.3.8 頻譜圖分析討論 63 4.3.9 小結 63 第五章 結論與建議 64 5.1 結論 64 5.2 建議 65 參考文獻 67

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