浮式生产储油船锚泊定位性能计算

应用计算锚链的悬链线方程和计算船舶运动的格林函数方法的耦合数值方法，对一锚泊的浮式生产储油船进行了定位性能计算，给出了自由状态与锚泊状态系统的运动响应特性的对比、不同状态与工况的锚泊浮体的运动性能参数以及锚链承受的张力等计算结果。研究成果可以为浮式生产储油船锚泊系统设计、校核计算和锚泊系统形式与参数优化提供初步计算结果以及用于设计方案的比较。     

船舶操控及锚泊过程的运动数学建模研究

船舶结构的锚泊过程大多采用经验公式进行计算,计算过程较为复杂,且其计算精度往往较差。为提高船舶锚泊力计算精度,本文根据多体系统动力学对船舶锚泊过程进行动力学建模,研究锚泊链张力对船舶运动稳定性的影响,获得锚泊预张力与张力峰值之间的规律。计算结果表明,锚泊系统预张力越大,则船舶的摇晃幅值越小,船舶的平稳性也越好。船舶锚泊过程中,锚泊预张力越大,则对应的锚泊力峰值也越大,对锚泊链的强度要求也越高。     

深水复合锚泊线动力特性比较分析

为了研究复合锚泊线的动力特性,文章对完全相同的两根复合锚泊线,保持其他条件不变,用聚酯纤维系缆代替钢索,使锚泊线顶端张力-静位移特性曲线基本一致,然后采用数值模拟的方法对整根复合锚泊线的动力特性进行比较分析。比较两种复合锚泊线的自振频率、复合刚度和锚泊阻尼。建立复合锚泊线的二维非线性有限元动力分析模型,基于Del Vecchio(1992)提出的经验公式,采用迭代的方法计算复合锚泊线的刚度,比较上部平台分别发生慢漂和波频运动时刚度的变化。锚泊线和海床之间的接触作用基于刚性海床假定,基于Morrison公式计算锚泊线的惯性力和拖曳力荷载,给定上部平台运动时程后在时域范围内进行复合锚泊线的动力分析,通过计算锚泊线从平台运动中吸收的能量,得到锚泊系统的阻尼,比较上部平台分别发生慢漂和波频运动时阻尼的变化。     

大型工程船舶锚泊移位系统研究

为了实现大型工程船舶的准确定位和移动,结合船舶锚泊系统模型,提出了以实现所有锚链张力值方差最小为目标函数的最优控制策略,制定了移位系统控制方案,并根据水平面至导缆孔部分锚链和水下锚链受力的不同,采用系数法将整条悬链线等效为两成分锚泊线,对传统悬链线方程作出改进.具体算例和分析表明:改进的悬链线方程更符合实际工程情况,采用该最优控制策略设计的移位方案简单可行,实现了锚链张力的合理分布和船舶的准确移位.     

改进遗传算法在锚泊系统张力优化中的应用

为使锚泊系统能根据船舶使用环境,合理地调整锚链张力来保证船舶作业安全和定位要求,其张力的优化分配是必要的。在研究锚链张力优化模型和遗传算法基础上,针对遗传算法早熟收敛,后期搜索迟钝及多样性保持不好的缺点,采用个体相似度交叉配对策略,改进交叉、变异自适应操作、非线性规划;量子化编码,旋转门动态调整及自适应量子变异、灾变的措施改进遗传算法,并将改进算法应用于1 000 t应急打捞起重船锚泊定位系统张力优化中,仿真结果及性能分析表明该方法全局搜索能力和收敛性能明显提高。验证了改进张力分配算法的合理性和有效性。     

浮标系统运动响应的时域模拟

采用悬链线理论精确地计算浮标漂移量与锚链力的关系曲线;通过B样条拟合求得锚链张力;从而达到锚泊系统的时域快速精准模拟。本文对于锚泊-浮体系统的研究有一定的指导意义。     

流花浮式平台锚链系统安全评估

以中海油深圳公司流花11号半潜式钻井平台锚链系统为例,运用大型有限元软件MSC-MARC进行大量计算,在给定平台运动参数的基础上,分别用理论推导和数值模拟计算出锚链悬链线张力,并对锚链环进行静力接触分析,以校核丢失横档后锚链环的强度及安全系数,同时基于API规范对锚链的疲劳寿命进行校核,为锚链的强度设计和风险评估提供一种行之有效的方法。     

波浪作用下锚泊系统动力响应的数值模拟

应用高阶边界元的数值方法，基于三维线性势流理论，在时域内数值模拟波浪作用下锚泊系统的动力响应。讨论了波数、水深和初始水平预张力对锚泊系统运动响应的影响，研究结果对工程实践具有一定的指导意义。     

锚链直径对船舶锚泊能力的影响

从减轻船总体负担、采用链径更小的海洋系泊链的设计需求出发,以单个链环为微元对锚链在锚泊状态所形成悬链线方程进行推导,建立锚链在典型锚泊状态下的悬链线方程,并以此为基础完成不同链径锚链在抛锚长度、最大可承受环境力、最大抛锚深度等方面的计算分析。结合计算结果和船舶实际使用情况,对采用不同链径锚链的锚泊能力进行综合分析后认为,虽然链径较粗的锚链的理论锚泊能力较强,但若采用霍尔锚等非大抓力锚,或对锚泊水域面积无明确要求、没有在深水中抛锚的特殊需求等,则可以选用链径相对较细的海洋系泊链代替目前规范中规定的电焊锚链。     

浅水单模块浮式防波堤锚泊系统分析研究

针对浅水海域的单模块浮箱式防波堤,利用水动力通用软件ANSYS-AQWA,建立不规则波作用下浮体锚链耦合模型,得到浮式防波堤频域与时域的动态响应。重点分析频域下的六自由度运动RAO,以及利用AQWA的缆索动力学模块,设计对比了拖地长度和预张力不同的锚泊线受力情况,并得到该条件下最优的锚泊系统,对实际工程有参考价值。     

浮标在波浪中的试验研究

对于用于测量目的的浮标来说,为了保证仪器仪表的正常工作,浮标在波浪中的运动要受到一定的限制,因此必须采取合适的锚泊系统.本文针对一三锚系统进行了波浪水池中的模型试验,浮标由三根锚链系泊,每根锚链在靠近浮标处都放置一个浮筒.试验结果表明,此锚泊系统能满足浮标的运动,锚链张力也比较小,具有较好的工程应用价值.     

走锚预报数学模型

本文通过对锚泊船进行受力分析和受力计算，应用船舶操纵基本方程，建立了风流浪等外力作用下，锚泊船在浅水、低速、大漂角中的运动方程。通过对船舶运动与锚链受力及锚链受力与锚抓力之间的关系进行研究，提出了一般运输船单锚泊时，在设定的海况下进行走锚预报的数学模型。并利用计算机对实船进行模拟计算，取得了与实际情况比较符合的效果。本文对研制开发走锚预报器提供了理论依据，对于提高锚泊安全性作了一种新的尝试。     

三维锚泊系统时域计算分析

通过采用在频域内对浮体运动方程求解并将计算结果转换为时域结果,同时与锚链线运动时域方程耦合求解锚泊浮体在限制工作水深的运动位移与锚链线上的张力.采用一种考虑锚链线上各种受力的三维锚链线模型来计算锚链的位移与受力.通过对计算结果的分析表明,本方法简单、实用,可以提供具有工程精度的锚泊性能预报.     

菱形式风电运维生活平台锚泊系统设计研究

海洋平台需要通过锚泊系统长期锚泊于使用固定地点，来削弱外部环境载荷的作用。针对菱形式风电运维生活平台特点及黄海海域特定的海洋环境，根据设计要求，对菱形平台锚泊系统选型，分析环境载荷，提出四种系泊布置方案，给出四种系泊布置方案导缆孔位置坐标，运用静力分析的方法确定锚泊参数，得出四种方案锚固点位置，初步确定两种锚泊系统方案，对初定的两种方案锚泊线张力进行研究，最后统计分析校核锚泊线张力以得到最终的锚泊方案。并提出锚泊系统设计进一步的优化方法，为今后相关平台锚泊系统的设计提供理论依据。     

基于模糊决策的锚泊定位系统张力分配优化

锚泊系统张力场分布的优化往往忽视单根锚链受力.为减小锚链的受力强度,同时维护张力场分布均匀程度,提出一种基于遗传算法随机性的决策集合生成方法,并结合广义q-ROF-TODIM决策法形成模糊决策策略.通过分析锚链顶端水平张力均值和张力场分布均匀程度均值随决策指标权重的变化确定指标权重,以基于改进降维遗传算法的张力分配策略为对象,对比分析优化前后锚链顶端水平张力和受力均匀程度时程.结果表明,经模糊决策方法优化的张力分配策略在合理偏好权重下能有效降低单根锚链的顶端受力强度,同时维护锚链张力场分布的平衡性,进而确保锚泊定位系统的安全可靠.研究结论可为锚泊定位控制系统优化设计提供参考.     

锚泊定位系统锚链轮及其机架强度有限元分析

锚泊定位系统是海洋平台定位系统中十分重要的设备,通过锚链轮对锚链的动力收放实现张力控制进而完成海洋平台定位。针对某一瞬时锚链和锚链轮啮合传动,建立锚链轮及其机架的有限元模型,进行受力分析,验证锚链轮及其机架设计强度的正确性,为锚泊定位系统锚链轮及其机架的设计与优化提供一定的参考。     

舰船锚泊运动与六自由度操纵的数学建模研究

锚泊运动是舰船正常运行时必不可少的运动,当船舶在海上或港口停泊时,都需要借助锚链等进行舰船的定位。由于舰船在海上锚泊时会受到海风、海浪和洋流等作用力,导致锚泊的稳定性、安全性下降,不仅影响舰船的海上定位和作业,还有可能导致严重的事故。因此,研究舰船在多种因素下的锚泊运动具有重要的意义。船舶的锚泊性能与其在海浪中的六自由度运动息息相关,本文利用流体动力学原理建立了舰船锚泊运动的动力学模型,同时建立了非线性波浪力的数学模型,并在此基础上研究了舰船锚泊运动和六自由度操纵运动。本研究主要应用于舰船在恶劣条件下的安全锚泊,并提高舰船的操纵灵活性。     

单点锚泊船锚链线水平摄动分析

为研究单点锚泊船在外力作用下的低频运动锚链线的恢复性能的问题,利用锚链线的静力特性推导出锚泊线方程,考虑水深、水平位移、单位锚链重与水平作用的关系,同时通过水平作用力与顶端水平位移进行参数摄动分析,以偏微分的方法推导了锚泊线恢复性能系数方程,并结合水平力参数摄动法分析锚泊线的恢复作用性能。计算结果验证了恢复系数具有明显的非线性,所得恢复性能方程及摄动分析结论对工程实践及锚泊(防走锚)预警系统的理论研究具有一定的参考意义。     

深水二维对称式布置两成分锚泊线时域动力分析

深水作业海上浮式结构物的锚泊定位系统由锚链或锚索等成分进行约束,由于锚泊线的几何非线性,外界环境作用力的非线性和系泊浮体的运动的非线性给锚泊系统的回复力和位移的计算分析带来困难。此外,多种材料成分组成的多成分锚泊线的使用在推动了锚泊系统的深水应用和发展的同时也给锚泊系统的设计带来困难。本文采用设计波理论结合有限元方法进行两成分锚泊线的动力分析,考虑导缆孔处系泊结构物运动的影响。并将结果与单一成分锚泊线计算结果作比较分析,得到有益结论。     

舰船偏荡运动数学模型研究

大型船舶在海上锚泊的稳定性关乎船载货物和船舶工作人员的安全,舰船受到海浪、海风和洋流的作用会发生偏荡运动,使船舶发生走锚等现象,研究舰船的偏荡运动并改善舰船锚泊有重要的应用价值。本文建立了船舶锚泊运动数学模型,对船舶锚泊过程的受力进行详细分析,并基于Matlab软件完成了舰船偏荡运动的幅度仿真,有效提高了舰船锚泊的稳定性和安全性。