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.     

锚泊线一阶运动响应对二阶锚链阻尼的影响

本文主要研究锚泊线的一阶运动响应对二阶锚链阻尼的影响。在频域内采用摄动方法分析系泊结构物慢漂运动时,锚链二阶方程可分解成非齐次方程和齐次方程。其解分别与锚链的一阶运动响应和浮式结构物的二阶运动有关。为了探讨锚泊线一阶运动的影响,本文通过求解非齐次和齐次方程,分别求得相应的二阶锚链阻尼和二阶锚链力。从计算结果可以看出,尽管由非齐次方程得到的二阶锚链力占总的二阶锚链力成分很小,但其所提供的二阶锚链阻尼却与二阶齐次方程解同量级。故在分析二阶锚链阻尼时,不能忽略非齐次方程解的影响。     

三阶摄动对锚泊线动力分析的影响

本文研究了作用在锚泊线上的水动力表达式中三阶项对锚泊线动力分析的影响。由于慢荡运动的特性,可以认为对于系泊结构物,二阶摄动已经包含运动的主要部分。但水动力的表达式对其平衡位置反对称,在表达式中只有线性项存在。为了研究水动力的非线性是否对锚泊线的动力产生影响,本文推导了三阶摄动方程,并用推导的三阶理论进行了理论研究。对计算结果的分析,可以发现三阶摄动在低频范围内对锚泊线的动力分析影响不大。     

海流作用下舰船锚链运动模型研究

为研究海流作用下舰船锚链的运动响应,在锚链微元运动控制方程基础上,计入其受到的海流作用力和弹性形变等因素影响,建立锚链运动模型并进行了仿真,进而与经典悬链线方程法的计算结果对比分析。结果表明,海流作用会对锚链悬链段长度、顶端位移以及各点处的张力等产生影响,且这一影响将随着海流流速的增大而愈加明显,实际工程中应予以考虑。建立的舰船锚链运动模型及结论分析,对舰船锚泊安全的理论研究和工程实践具有一定参考价值。     

海流作用下舰船锚链运动模型研究

为研究海流作用下舰船锚链的运动响应,在锚链微元运动控制方程基础上,计入其受到的海流作用力和弹性形变等因素影响,建立锚链运动模型并进行了仿真,进而与经典悬链线方程法的计算结果对比分析。结果表明,海流作用会对锚链悬链段长度、顶端位移以及各点处的张力等产生影响,且这一影响将随着海流流速的增大而愈加明显,实际工程中应予以考虑。建立的舰船锚链运动模型及结论分析,对舰船锚泊安全的理论研究和工程实践具有一定参考价值。     

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。     

一般状态下悬链线方程的应用

建立悬链线方程,分析悬链受力及方程的解法,结合实例运用悬链线方程计算锚链参数,完成工程船在具体海况下的锚泊设备选型。     

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。     

具有浮子的组合锚链线静力特性研究

在无流速、忽略锚链拉伸变形的条件下,对具有浮子的组合锚链线的静力特性进行理论分析,以隐函数方程的形式给出锚桩处锚链与水平线夹角的计算式,以参数方程的形式给出锚链线坐标及张力的解析解。算例表明,描述锚链线形状的参数方程是合理的。     

基于改进广义α算法的锚泊线动力分析

针对锚泊线的非线性特性,采用三维弹性杆理论推导锚泊线的控制方程,并应用迦辽金法将方程离散成适用于锚泊线动力分析的微分方程形式。针对锚泊线上端受高频一阶波浪力的扰动作用显著的特点,提出采用具有可控数值阻尼,能够有效地滤除高频响应的广义α算法对锚泊线进行动力分析,并在原有广义α算法的基础上,提出适用于变质量系统的改进型广义α算法。同时分别从理论研究和实例分析角度将广义α算法与传统的Newmark算法进行对比,结果表明广义α算法在稳定性,准确性及数值阻尼特性等方面均具有优势。     

FPSO系泊系统参数的动力效应影响分析

利用水动力分析软件AQWA研究了内转塔式单点系泊参数对海上浮式生产储油船FPSO（floating production,storage and affcoading system）系统动力效应的影响特性,定量分析了内转塔位置、系泊缆材料分布、系泊缆预张力、系泊缆数量、系泊缆布置形式等参数对FPSO系统动力效应的影响,对每个系泊参数采取多个特征量进行比较分析,计算结果表明：转塔位置距船艏柱25%Lpp时风标效应及定位效果最好,多成分系泊缆材料分布采取下端钢链9%、聚酯缆90%、上端钢链1%时,系泊缆数量取9根且为3组×3根/组布置时定位效果最好,缆绳受力最小.以FPSO水平偏移量与系泊缆的安全系数为目标,提出了一套系泊系统的优选方案,计算结果表明系泊性能优良,与初步设计方案相比有了显著地提高.文中的计算及分析结果对内转塔式FPSO系泊系统的设计具有一定指导意义.     

重力式深水网箱的抗台设计与水动力性能分析

针对重力式深水网箱抗台风能力较弱,容易出现浮架损坏、锚绳断裂和网衣严重变形等问题,以一典型重力式深水网箱为研究对象,结合传统网格式系泊,提出在底部附加系泊缆的新型抗台设计方案,基于势流理论和非线性有限元方法,建立网箱数值模型,在不同入射角和波高下,对比分析传统网格式和新型抗台式系泊的网箱系泊缆张力、浮架运动和网箱变形。数值计算结果表明:与传统网格式系泊相比,新型抗台式系泊的网箱水平偏移平均减小7.81%,垂直下沉增加59.71%,系泊缆最大张力降低26.61%,网箱体积剩余系数增加超过70%,明显高于网箱容积的破坏阈值。     

SPAR平台张紧式系泊系统方案

针对系泊系统中系泊缆绳的根数、分组布置方式以及系泊缆绳组内夹角对系泊性能的影响进行时域动态计算,分析所得结果并选定最终的系泊方案。计算分析了3组4根、4组3根、2组6根和均匀布置的布置方式,对比结果表明:3组4根的布置方式方案受力最小,平台水平偏移最小,性能最优;而在综合考虑了系泊缆绳的碰撞和运动受力性能后发现,5°组内夹角最为合适。     

系泊系统非线性恢复力研究及其应用(英文)

Mooring system plays an important role in station keeping of floating offshore structures.Coupled analysis on mooring-buoy interactions has been increasingly studied in recent years.At present,chains and wire ropes are widely used in offshore engineering practice.On the basis of mooring line statics,an explicit formulation of single mooring chain/wire rope stiffness coefficients and mooring stiffness matrix of the mooring system were derived in this article,taking into account the horizontal restoring force,vertical restoring force and their coupling terms.The nonlinearity of mooring stiffness was analyzed,and the influences of various parameters,such as material,displacement,pre-tension and water depth,were investigated.Finally some application cases of the mooring stiffness in hydrodynamic calculation were presented.Data shows that this kind of stiffness can reckon in linear and nonlinear forces of mooring system.Also,the stiffness can be used in hydrodynamic analysis to get the eigenfrequency of slow drift motions.     

深水单根多成分系泊缆的静力分析

给出基于悬链线方程的深水单根忽略弹性的多成分系泊缆的静力分析方法,并以一工作水深为1000 m的两成分系泊验证该方法的正确性。运用迭代法和二分法相结合的计算方法准确、快捷地得到系泊缆形状关键数据,绘制悬链线图,完成系泊的静力分析。最后计算工作水深为2000 m的三成分系泊缆的静力特性,并给出张紧状态时的水平预张力。     

深水系泊系统静力特性快速计算方法研究

为研究深水系泊系统静力特性,以工作水深为320 m的转塔式浮式生产存储系统为例,首先计算出每种类型锚泊线的水平张力TH-水平跨距X曲线、上端系缆点水平移动距离、每根锚泊线新的水平跨距,插值求出此时的每根锚泊线水平张力,投影合成后即得上端系缆点移动后的系泊系统X方向水平恢复力,垂直方向的恢复力计算方法与此类似。相应计算结果与Dynfloat软件结果相吻合。     

复杂系泊系统静力特性快速计算方法研究

以一工作水深为375 m的转塔式浮式生产存储系统(FPSO)为例,研究了复杂系泊系统静力特性计算方法.基本思路是,首先计算出每种类型锚泊线的水平张力TH-水平跨距X曲线,以离散点的形式给出;然后依次给出上端系缆点水平移动距离,相应的计算每根锚泊线新的水平跨距,再根据这些新的水平跨距在对应的TH-X曲线中插值求出此时的每根锚泊线水平张力,将其向X轴正方向投影,合成后即得上端系缆点移动后的系泊系统X方向水平恢复力.对垂直方向的恢复力计算方法与此类似.计算结果与Dynfloat软件结果吻合得很好.此方法简单直观,容易理解,且耗时较少,比较适用于复杂系泊系统静力特性计算.     

波浪中锚泊浮堤系统特性的理论研究

本文研究了在规则波作用下锚泊浮堤的运动响应、消波性能、横漂力引起的堤体横漂量以及此时链的受力情况。在理论计算过程中应用了Frank源汇分布法和Grim切片理论,并采用九尾的远场积分法计算二阶漂移力,采用Kim法计算无穷远处的反射波波幅,用传统的悬链线理论对锚泊系统作静力计算,还将矩形剖面防波堤的计算结果与日本井上义行的计算结果以及我国南京水利科学研究院有关矩形剖面防波堤的系列模型试验結果做了比较,计算结果和试验结果接近,吻合。本研究的目的在于用理论方法预测浮式防波堤的特性并优化防波堤的形状。     

海上浮简锚泊分析

首先对浮筒锚泊线进行了受力分析,然后在求得锚泊线方程解的基础上给出最短锚泊线和最小锚距的计算方法。提出锚泊线对浮筒的弹簧作用,给出浮筒纵荡方程,为防止共振给出理论依据。     

参数法计算桩的内力与位移

分析了桩在桩端弯矩和水平力共同作用下桩土共同工作时,用幂级数法求解参数法的微分方程,推导出了桩的内力与位移的具体计算式,从而求得桩身各截面的水平位移、转角、弯矩、剪力,以及桩侧土抗力。