近岛礁超大型浮体连接器载荷研究（英文）

对于布置在岛礁附近的浮体,复杂海底地形的作用不可忽略。文章基于RMFC模型,同时将地形作为固定物体,研究了复杂海底地形对布置于岛礁附近的超大型浮体的运功响应和连接器载荷的影响。数值计算结果表明,地形的存在对浮体绕射力存在显著的影响,同时增加了低频区域的连接器载荷。     

近岛礁地形影响下的浮式平台运动响应

近岛礁附近的地形一般呈现高低不平的状态,水深从几十米到几米不等。远场波浪向近岸传递过来时在礁盘上会经过复杂的演化,使得浮体附近的波浪呈现一定的非均匀性,不同于常规的长峰规则波,同时礁盘的起伏变化会对波浪中的浮体的运动产生影响,最终使得浮体在复杂地形下的水动力运动响应不同于一般均一水深下的浮体响应。该文通过建立浮体和礁盘地形的耦合水动力模型,计算了礁盘对浮体入射波力、绕射力、辐射水动力系数以及运动的影响,同时与水池模型试验对比了浮体运动,两者较为一致。研究表明复杂地形对浮体的水动力运动存在较大的影响,在某些周期附近会增大浮体的运动响应,因此需要理性考虑复杂地形对浮体的影响。     

考虑近岛礁复杂海底地形的浮式平台水动力性能分析

基于可以考虑复杂海底地形对波浪传播变形影响的水波模型和可以考虑波浪与浮式结构物相互作用的RANKINE源法,建立近岛礁浮体水动力性能直接分析耦合模型,给出详细的理论推导及数值求解方法,并编制了相关的计算程序THAFTS-BR。首先以均匀水深下百米级浮式平台为研究对象,通过与THAFTS和AQWA等商业软件的计算结果进行对比分析,初步验证了THAFTS-BR程序的正确性和可靠性。随后基于模型试验和前面建立直接分析耦合模型,对比分析了考虑近岛礁海底地形后该浮式平台的运动及载荷响应特性,给出了一些重要结论,为后续布置于岛礁附近的浮式结构物动响应分析、设计与建造等提供了参考依据。     

变化海底地形上浮驳的水弹性响应

在岛礁附近的海底地形通常是不平整的,这种复杂的海底地形也是海洋环境中非常重要的因素。文章利用考虑浅水变深的三维水弹性分析方法计算了一艘浮驳在非均匀海底地形情况下的波激响应及其载荷。通过与均匀水深的对比,复杂海底地形的影响显而易见。通过模态叠加的方法,三维水弹性可以预报规则波下诸如弯矩和应力等波激振动响应,从而得到设计波下对应的载荷。通过在岛礁附近服役的浮式结构物波浪载荷预报可以看出非均匀海底产生了很大的影响,原因是不同的水深和变化的海底地形。而一旦考虑地形,在整个流固耦合分析中,大量的水动力网格就需要借助并行计算来减少计算耗时。     

岛礁地形影响下多体浮桥的水动力性能研究

基于AQWA软件,对岛礁地形下带系泊系统的多浮箱浮式栈桥进行了运动响应的数值模拟,并与带岛礁地形模型试验的响应幅值算子(RAO)进行了对比分析,为浮式栈桥在实际海洋环境中的施工和运营安全等作准确预报.研究结果表明,基于AQWA软件,文中数值方法可有效模拟岛礁对多浮体的绕射和辐射等干扰;由于海底地形变化的影响,波浪将发生折射、绕射、反射等一系列的复杂变化,同时海底倾斜会对系泊缆绳张力造成影响,从而会影响浮桥的运动响应.数值模拟岛礁地形影响下多体浮桥的运动响应结果与水池试验得到的数值对比吻合良好.     

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。     

复杂地形下平台水弹性响应研究

在以往的研究中,波浪对浮体的水动力响应作用大多采用有限均匀水深或无限水深情况进行计算,考虑实际复杂地形对浮体性能影响的研究较少,但事实上地形的变化对浮体影响不可忽略,尤其岛礁附近区域珊瑚礁地形复杂,需要考虑地形对波浪场的影响。文章先从简单情况入手,入射波浪采用有限水深均匀入射波,使用有限水深格林函数求解源强,但加入了地形对浮体波浪绕射和辐射的影响。基于这些假定,验证了该方法计算结果的准确性,进而对某浮式平台在复杂地形下的水动力进行计算,并与均匀有限水深的结果进行比较,两者总体趋势吻合。结果表明,地形的存在对低频区运动响应影响较大,相比均匀水深波动较大。该文可以为浮体在实际地形下水动力响应计算研究工作的开展提供一个参考。     

岛礁波浪环境下浮式结构物的动响应预报

中国南海海洋岛礁往往都环绕着宽度数百到数千米、水深很浅的珊瑚礁盘,这些礁盘不仅具有丰富的渔业和旅游资源,而且发挥着消波、护岛的重要作用。为开发海洋资源,可以在岛礁附近布设各种浮体结构物,作为海洋开发、渔业生产、环境旅游等综合保障基地。对于岛礁附近的浮式结构物,其动响应特征必将受到周围复杂的近岛礁海洋环境的影响。文章采用缓坡方程考虑近岛礁波浪环境影响,以半潜式平台为研究对象,开创性地提出了一种工程简化计算方法,用于预报岛礁附近浮式结构物在波浪中的运动与载荷响应,为后续岛礁中型浮体的设计和安全性评估提供了分析手段。     

海底地形对浮体慢漂响应的影响研究

浮体在波浪中的运动经常受到海底地形的影响,文章基于势流理论,采用高阶边界元方法计算海底地形对浮体慢漂运动响应的影响,计算中充分考虑了海底地形在波浪传播中对其的绕射影响。计算结果表明,变浅的海底地形会导致波浪场的波高增加,浮体运动响应增大,分别对浮体相对海底地形不同位置时浮体受到的波浪力和运动响应进行了定性及定量的分析,分析了浮体相对海底地形不同位置时浮体的水动力特性及运动特性,说明为了更准确模拟近岸或者离岸线性约束浮体的水动力情况,海底地形的影响不能忽略。     

超大型浮体模块柔性连接功能仿真模型试验研究

精确评估模块柔性连接性能对连接器和超大型浮体的结构安全性具有重要意义,而模型试验是获取超大型浮体模块柔性连接性能的必要手段。文章以横向浮筒式的浅吃水超大型浮体为研究对象,根据连接器动响应计算结果,设计了柔性连接器模型;通过不同幅值和载荷组合的连接器静态拉伸和压缩试验,研究了超大型浮体连接器的刚度特性,探讨了组合载荷对连接器刚度的影响;通过不同幅值和周期的连接器纵向动态载荷试验,研究了超大型浮体连接器在动态载荷作用下的结构响应,验证了超大型浮体连接器结构的安全性和适用性。试验结果表明在静态和动态载荷作用下文中设计的柔性连接器连接可靠、结构安全,连接器载荷、位移和应力测量结果可为验证连接器结构设计和计算方法提供依据。     

Experimental study on responses of an 8-module VLFS considering different encounter wave conditions

For the very large floating structure (VLFS) which is deployed near seashores, islands and reefs, the encounter wave conditions are always extremely complex. Traditional methods using homogeneous wave environment conditions cannot be applied for the analysis. In order to provide references for the further development of numerical methods, this paper reports an experimental study on responses of an 8-module VLFS under three different encounter wave conditions. The wave heights, accelerations, motions and connector loads of VLFS in three test schemes are obtained and analyzed. The comparative results show that the inhomogeneous wave conditions have an essential influence on the responses of VLFS. Especially for the connector loads, the values in the inhomogeneous wave conditions increase a lot compared with the other two test schemes. It indicates the traditional numerical methods using homogeneous wave field may not guarantee a safe design of VLFS and its connectors in the complicated wave environments.     

多模块MOB连接器动力特性研究

以7模块MOB为研究对象,利用RMFC模型,基于势流理论对7个构成模块单元进行3D水动力性能分析,计算过程中考虑了由于遮蔽效应而导致的浮体间相互作用.编制基于频域的多浮体运动和柔性连接器载荷计算程序,计算在规则波和不规则波下的连接器载荷值,并比较不同连接器刚度下各柔性连接器载荷值.计算结果表明,波浪入射角、波频、连接器刚度和海况对连接器载荷响应具有显著影响.本文的计算结果可为MOB柔性连接器设计与模块耐波性设计提供参考.     

Influence of seabed sand wave on hydrodynamic performance of submersible北大核心CSCD

[目的]研究潜器在海底沙波地形干扰下的水动力特性。[方法]基于计算流体力学(CFD)方法,使用STAR-CCM+软件并结合重叠网格方法对潜器经过海底沙波的过程进行模拟,计算潜器阻力系数和升力系数在此过程中的变化。[结果]结果表明,当潜器近海底航行时,沙波地形会对潜器产生一定的干扰,当艏部运动至波峰附近时,负升力出现最大值,当艉部运动至波峰附近时,阻力出现最大值;在不同航速下,潜器表面压力分布规律的不同会导致升力系数的变化规律不同;随着近海底距离的减小,海底沙波对潜器阻力和升力变化影响显著,当H/D>5时,海底沙波对潜器阻力和升力的影响可以忽略。[结论]所做研究可为潜器的安全及操纵性能提供一定的参考。     

海底管道悬跨段的近壁圆柱绕流分析

海底管道靠近海床表面处受海流冲刷,管道与海床表面产生一定间隙,该间隙与管道直径的比值定义为间隙比。通过数值模拟和物理模型试验,研究间隙比对管道绕流的水动力特性的影响。物理模型试验中,六分力天平测得管道的阻力和升力,数值模拟研究管道尾流流态和旋涡发放频率。结果表明:间隙比低于某临界值时,海床的存在阻碍了剪切层与层外流动间的相互作用,抑制层内涡量的传递,下游旋涡得不到充分发展,发放频率有所降低;海床壁面加剧管道两侧压力分布不均匀,压力差增加,因而管道阻力和升力增大;间隙比高于某临界值时,海床的抑制作用逐渐削弱,旋涡脱落趋于规则,海床未对绕流产生较大影响,管道受力随之趋于稳定。该研究可为海流冲刷引起的海底管道悬跨现象的安全设计提供理论指导。     

船舶碰撞载荷对移动海上基地连接器载荷的影响

移动海上基地属于超大型浮式结构物,在营运过程中会遇到飞机坠落,船舶碰撞等事故情况。事故载荷不仅会对超大型浮式结构物的局部结构产生破坏作用,而且会对超大型浮式结构物的薄弱环节——连接器产生附加载荷。以船舶碰撞为例,采用简化的RMFC模型,然后通过SESAM软件计算水动力系数,将其代入多刚体运动微分方程后用数值方法求解,研究特殊载荷对连接器载荷的影响。考虑不同连接器刚度以及不同撞击部位工况,估算碰撞引起的连接器载荷的数量级,并与波浪载荷引起的连接器载荷进行了比较。这为今后移动海上基地连接器设计提供了指导和依据。     

Food supply mechanisms for cold-water corals along a continental shelf edge

In recent years it has been documented that deep-water coral reefs of the species Lophelia pertusa are a major benthic habitat in Norwegian waters. However, basic information about the biology and ecology of this species is still unknown. Lophelia live and thrive under special environmental conditions of which factors such as temperature, water depth, water movement and food supply are important. The present work explores the hypothesis that Lophelia forms reefs in places where the encounter rate of food particles is sufficiently high and stable over long periods of time for continuous growth. This is done by relating the distribution of reefs with the results of numerical ocean modelling.Numerical simulations have been performed with an idealized bottom topography similar to what is found outside parts of the Norwegian coast. In the simulations the model is first forced with an along slope jet and then with an idealized atmospheric low pressure. The model results show that the encounter rates between the particles and the water layer near the seabed are particularly high close to the shelf break. This may indicate that many Lophelia reefs are located along the shelf edges because the supply of food is particularly good in these areas.A sensitivity study of the particle supply in the area close to the seabed for increasing latitude has also been done. This shows that the Ekman transport in the benthic layer tends to create a steady supply of food for benthic organisms near the shelf edge away from the equator.     

碰撞事故时超大型浮体模块连接处荷载特性研究

精确评估模块连接处荷载特性对超大型浮体的水动力设计及结构安全性研究具有重要的工程意义。文章以5模块半潜式超大型浮体为研究对象,考虑碰撞荷载和风、浪、流环境荷载的联合作用并采用AQWA软件对超大型浮体模块连接点处的受力特性开展了数值计算。船舶碰撞荷载简化为矩形脉冲,采用定常风、定常流以及JONSWAP波谱,探讨了船舶碰撞角度、撞击位置、环境荷载等因素对模块连接点受力特性的影响。该文的研究成果可为事故荷载作用时超大型浮体连接器结构设计和强度计算提供一定依据。     

Load effects on vessel-shaped fish cage steel structures,nets and connectors considering the effects of diffraction and radiation waves under irregular waves

Vessel-shaped fish cages are mainly composed of a large floating body, aquaculture nets and a number of steel frames. Due to the large scale of vessel-shaped fish cages, the velocity field induced by the diffraction waves and radiation waves cannot be ignored in the calculation of the loads on the net and steel frames. In turn, the loads can affect the wave-induced response of the floating body and hence the radiation waves as well as the sectional forces. In this paper, a novel method is proposed to consider the coupling effect. First, considering the irregular waves in short-term periods, the global response of the floating body is calculated in the time domain by the state-space method based on potential flow theory. Meanwhile, the velocity field considering the influence of the floating body is built according to the velocity transfer function. Then, the Morison formula is used to calculate the loads on the nets and the steel frames. Finally, the coupling achieved through numerical iterations is considered in the calculation of the twine tension, load effect of connector and the global cross-section under irregular waves. It is found that the diffraction and radiation waves make a significant difference in the twine tension and connector load effect.     

港口开发建设对田湾核电站取水工程的影响

建立了基于不规则三角形网格潮流泥沙数学模型,在对模型进行充分验证的基础上,对连云港港口扩建(旗台港区建设)规划方案和埒子口港区规划对田湾核电站已建取水工程的影响进行了数值模拟研究,计算了取水口附近滩面的冲淤变化和等深线位移。研究结果表明:连云港港口扩建及埒子口港区规划实施后,已建的田湾核电站取水明渠口门附近水域变成泥沙淤积环境,滩面将会淤高,设计的取水口门水深等深线将会外移,核电站正常取水将会受到影响。