一种基于离散模块的浮体水弹性响应预报方法

文章基于传统的多体水动力学和有限元方法,将连续的浮体离散为由有限个弹性梁元连接的刚体子模块,各个模块不仅受到相邻模块的水动力的干扰,同时还受到为保证结构连续性而引入的等效连接梁的作用,从而建立了一种新的可以用于求解浮体水弹性响应的数值方法。采用文中的数值计算方法,对一个箱形的超大型浮体的水弹性响应进行了研究。并通过与传统的水弹性方法计算结果的对比,证明了文中的方法的正确性和可靠性。该文的数值计算方法可为以后非均匀海洋环境下浮式结构物的水弹性响应计算提供依据。     

波浪作用下弹性板的水动力响应

为准确预报聚焦波作用下弹性板的非线性动力响应,充分掌握极端波浪条件对超大型浮体动力响应的影响,选用一种基于离散模块-梁单元的水弹性分析方法,对弹性板在规则波和聚焦波作用下的不同响应特性进行研究。同时,开展水槽模拟试验,并将试验结果与理论结果进行对比,验证该水弹性分析方法的有效性。试验结果表明：基于离散模块-梁单元的水弹性分析方法在超大型浮体动力响应分析方面具有良好的准确性和简便性;在规则波作用下,随着规则波波陡和波长的增加,弹性板响应幅值增大;在聚焦波作用下,谱峰波长和最大波幅对弹性板响应的峰值和谷值有显著影响。     

考虑海底地形影响的三模块超大型浮体水弹性响应分析（英文）

基于Boussinesq方程和经典水弹性理论,提出一种可预报布置在近岸或岛礁附近浮式结构物水弹性响应的直接耦合分析方法。文中给出了详细的理论推导、数值求解方法和相应的计算程序THAFTS-BR。基于该程序对均匀和不均匀海底地形条件下三模块超大型浮体运动和连接器载荷响应进行了计算并与相应的水池模型试验结果进行了对比。结果表明,复杂海底地形对超大型浮体的动响应有重要影响。文中给出的结论可为复杂海底地形下多模块超大型浮体及其连接器的动响应分析、设计与制造提供参考。     

超大型浮体模块水弹性响应和结构强度分析

水弹性方法针对超大型浮体的刚度特点,充分考虑了结构变形与流体运动的相互作用,是进行结构安全性分析的有效手段。文章采用水弹性分析方法研究了超大型浮体单模块总体波浪载荷以及结构应力响应。首先基于三维有限元方法分析了模块在真空中的总振动模态,然后结合模态叠加法和边界元法计算了模块在流场里面的谐振和模态响应。在此基础上,研究了各模态下结构的应力响应以及总应力响应,并分析了危险载荷工况,评估了超大型浮体单模块的结构强度,研究结果对超大型浮体单模块结构优化设计和安全性评估具有一定的指导意义。     

结构刚度变化对箱式超大型浮体结构水弹性响应的影响

结构刚度改变会导致结构固有频率变化和结构广义刚度的变化。必然会对结构在波浪中的水弹性响应产生影响，本文在某箱式超大型浮体结构单位幅值正弦规则波和不规则波水弹性响应计算的基础上，假定结构质量分布不变，研究了结构刚度变化对箱式超大型浮体结构水弹性响应的影响。得到了一些有价值的结论。     

超大型浮体的水弹性响应分析

针对海上超大型浮体与波浪相互作用这一流固耦合问题,把超大型浮体简化为二维薄板,应用特征函数展开法求解流场速度势,采用正弦模态函数对结构运动进行模态展开分析,计算浮体的水弹性响应。     

非均匀海底环境下铰接超大型浮体的水弹性响应分析

本文采用基于离散模块思想的频域水弹性分析方法,对处于非均匀海洋环境下的铰接超大型浮体的水弹性响应进行分析.该方法首先将连续浮体离散为多刚体系统;然后应用三维势流理论获得各个刚体的水动力系数,将其与弹性梁刚度阵进行耦合,得到浮体在波浪作用下的运动学方程;随后引入铰接约束矩阵,建立铰接超大型浮体在非均匀海底环境下的运动学方程,在频域中求解该方程得到浮体的位移响应;最后利用梁的弯曲理论,获得浮体的弯矩分布以及铰接点处的轴向力和剪力.通过对比不同入射角度、波长和海底条件下浮体的水弹性响应,发现非均匀海底对铰接点的位移和受力有明显的影响.     

箱式超大型浮体水弹性分析的弹性地基梁法

如何快速而精确地估计箱式超大型浮体在波浪中的水弹性响应是设计中需要解决的一个重要问题。在所提出的各种简化分析方法中，弹性地基梁模型是最简单的。本文选择了四种弹性地基梁模型进行比较研究。它们分别称为S_Y_BOEF,T_BOEF,S_BOEF和A_BOEF模型。通过研究发现，由Suzuki和Yoshida提出的S_Y_BOEF模型显得太保守而不适合于实际应用，而其它三种模型是能够合理地估计箱式超大型浮体的水弹性响应的。相比而言，由S_BOEF模型延伸出的A_BOEF模型从概念上的一致性和精度方面都是最好的。弹性地基梁模型的最大优点是简单，可以很方便地在工程设计中应用。     

三维水弹性软件并行化的初步实现

为了满足超大型浮体尺寸巨大、结构复杂的分析需求,以及三维水弹性软件商用化的快速计算要求,文章通过对已有三维水弹性程序的分析,设计并实现了多参数并行化快速计算,为超大型浮体进一步水弹性分析奠定了良好基础。文中以常规船舶和超大型浮式平台为例,测试了并行化软件的正确性与快速性。结果表明,并行化改造达到了快速计算的效果。     

近岛礁超大型浮体水弹性响应研究

文章将Boussinesq方程和格林函数法相结合,提出了一种新的用于计算布放在岛礁附近的超大型浮体水弹性响应的数值方法。应用该方法,计算了超大型浮体的运动响应和连接器载荷,并与水池试验的实测值进行了对比。文中的研究内容可为后续的超大型浮体的结构和连接器的设计和安全性评估打下基础。     

基于浮体Morison方程的半潜式超大型浮式结构波浪力简化计算方法

研究了半潜式超大型浮式结构中移动式海上基地（MOB）在高海况随机波作用下波浪力的简化计算方法。文中基于修正后的浮体Morison方程,经理论推导得出了MOB结构波浪力的计算公式。以MOB结构“三模块模型”为例,研究其在6级海况条件下基于Bretschneider谱模拟的随机不规则波中浪向角变化在0°~90°范围内,各模块的波浪力-历时规律,将本文简化算法的计算结果统计值与势流理论的结果相互对比,并对二者进行误差分析。结果表明：运用本文简化算法得到的MOB波浪力统计结果与势流理论的结果吻合程度高,且二者之间的相对误差在工程允许的范围之内,可充分验证本文方法的正确性、合理性与可行性。本文算法相比于势流理论而言更加简单,建议在结构初步设计阶段运用该方法可高效地评估大量不同工况下MOB结构的波浪荷载,研究成果可为半潜式超大型浮式结构动力响应研究奠定基础。     

On the hydroelastic responses of a very large floating structure in waves

New numerical methods are presented for hydroelastic analyses of a very large floating structure (VLFS) of several kilometers length and width. Several methods are presented that accelerate computation without an appreciable loss of accuracy. The accuracy and efficiency of the proposed methods are validated through comparisons with other numerical results as well as with existing experimental results. After confirming the effectiveness of the methods presented, various characteristics of the hydroelastic behavior of VLFSs are examined, using the proposed methods as numerical tools. Received for publication on Dec. 3, 1999; accepted on Dec. 15, 1999     

Slamming load on a very large floating structure with shallow draft

The objective of this paper is to estimate the slamming load acting on a pontoon-type very large floating structure with a shallow draft. Experiments were carried out using elastic models with different rigidities in regular waves. The results revealed that the slamming load was strongly influenced by the rigidity of the model. The conditions under which slamming occurs depended on the extent of the bottom emergence and the velocity of the relative wave height at the bow of the model. These results were related to a simple procedure for estimating slamming load.     

超大型浮体结构考虑非线性项的波浪力响应计算

为求解超大型浮体结构波浪响应问题,将其简化成弹性梁板模型。以有限元软件为基础来建立超大型浮体结构的弹性梁板模型,在势流理论的基础上,将速度势分解为入射势、绕射势和辐射势三部分,并利用格林函数法推导出一阶、二阶波浪速度势的表达式。以此为理论基础,编制了相应的计算程序来计算浮体结构所受到的二阶波浪力,最后建立了梁板模型的水弹性响应方程,对非线性波浪力作用下的浮体结构的水弹性响应进行求解分析,并分析了波向对响应振幅的影响。     

A B-spline Galerkin scheme for calculating the hydroelastic response of a very large floating structure in waves

This paper presents an effective scheme for computing the wave-induced hydroelastic response of a very large floating structure, and a validation of its usefulness. The calculation scheme developed is based on the pressure-distribution method of expressing the disturbance caused by a structure, and on the mode-expansion method for hydroelastic deflection with the superposition of orthogonal mode functions. The scheme uses bi-cubic B-spline functions to represent unknown pressures, and the Galerkin method to satisfy the body boundary conditions. Various numerical checks confirm that the computed results are extremely accurate, require relatively little computational time, and contain few unknowns, even in the region of very short wavelengths. Measurements of the vertical deflections in both head and oblique waves of relatively long wavelength are in good agreement with the computed results. Numerical examples using shorter wavelengths reveal that the hydroelastic deflection does not necessarily become negligible as the wavelength of incident waves decreases. The effects of finite water depth and incident wave angle are also discussed.     

相邻大型浮式箱形结构物运动响应的数值模拟

应用模态分析方法[1]数值模拟了两个相邻大型浮式箱形结构物在波浪上的水弹性运动响应.在数值模拟时,把结构物近似为弹性体.考虑到吃水相对比较小,计算时作为零吃水处理.文中的两个结构:一个是300米长、60米宽的矩形结构物,另一个则是由三个同样大小的矩形结构拼接而成的L形结构物.计算结果表明:如果把较小的矩形结构物放置在较大的L形结构物的下游,两个结构物相邻自由边之间的相对运动幅值远远小于放置在迎浪一侧时的幅值.     

Numerical calculation method for the hydroelastic response of a pontoon-type very large floating structure close to a breakwater

This paper presents an effective scheme for calculating the wave-induced hydroelastic response of a pontoon-type very large floating structure (VLFS) when it is near a breakwater. The basic numerical calculation method is the one previously developed by the same author for a VLFS in the open sea (no breakwater), which is expanded to include the effect of the hydrodynamic mutual interaction between the breakwater and the floating structure. The efficiency and accuracy of the proposed method are validated through comparisons with other numerical results and with existing experimental results. After that confirmation, various numerical calculations were conducted, paying special attention to the resonance phenomena which will occur depending on the relation between the wavelength and the clearance between the breakwater and the floating structure. The irregular frequency phenomenon which appears in the calculation of the fluid dynamic problem is discussed in the appendices, including a method for its elimination. Received: October 31, 2000 / Accepted: December 19, 2000     

大型浮式结构物结构碰撞性能分析

碰撞事故是基于事故极限状态设计重点考虑的对象,在设计中越来越受到重视。文章以某大型浮式结构物为研究对象,总结分析ISO、API、HSE、DNV、ABS、BV、LR等标准及规范对碰撞场景的相关规定,提出碰撞分析场景及设计衡准;基于简化分析技术建立碰撞力学模型,利用动态非线性结构分析软件ABAQUS进行仿真分析,通过分析塑性应变、塑性变形、吸能、碰撞力及运动等,校核评估舷侧结构的耐撞性能;分析不同碰撞位置、撞击船型式等对碰撞性能的影响。研究表明:目标大型浮式结构物舷侧结构碰撞事故极限强度满足规范要求,首柱撞击相对比较危险,可作为计算分析控制工况。     

大型复杂结构振动特性分析方法研究

针对大型复杂结构振动特性的预测问题,发展了子结构方法,并应用于圆柱壳模型的振动特性研究。讨论了子结构方法的理论基础,分析了子结构间边界处理协调条件、模态截取数和模型缩聚对子结构方法预测精度的影响,并初步比较了其与传统有限元法耗费的计算时间量和内存量的大小,最后,进一步探讨了子结构方法中试验模态与计算模态混合计算的可行性。研究结果表明,子结构方法应用于求解船舶等大型复杂结构的振动特性是可行的。