多刚体组合式新型浮式防波堤消波性能数值模拟分析

为提高浮式防波堤的消波性能,在传统方箱型浮式防波堤的基础上,提出了基于多体耦合运动理论的新型浮式防波堤构型。基于有限体积法建立浮式防波堤消波性能数值计算模型,并通过模型试验验证了数值计算方法的准确性。在此基础上,对规则波作用下不同多体耦合的新型浮式防波堤构型进行数值模拟,分析其水动力性能及消波性能。数值结果表明,新型浮式防波堤内部的多体耦合运动加剧了入射波能量的耗散,使得其消波性能比传统方箱型浮式防波堤更加优良,新型浮式防波堤的横荡、横摇和垂荡幅值也小于方箱型浮式防波堤,同时得到了多刚体铰接组合式防波堤中铰接刚体数量对其消波性能的变化规律,为浮式防波堤设计及工程应用提供技术支撑。     

一种远海油气作业后勤保障的浮式码头概念设计

提出一种基于浮式码头的后勤保障设计，以保障远海油气作业。根据油气作业后勤保障的基本功能需求，对浮式码头的功能体系进行设计，并初步确定主尺度。根据功能模块化体积限制，对船舶进行概念设计，确定浮式码头的主要特性。分析浮式码头的稳定性和系泊要求，对浮式码头概念设计进行数值模型验证。结果表明，浮式码头概念设计可满足我国远海油气作业需求，有望形成一种新型远海油气作业后勤保障的新模式。     

渤海海域软刚臂系泊核动力平台水动力分析

我国首座海洋核动力平台采用船型方案,由塔架软钢臂单点系泊装置系泊,作业海域为渤海海域。为确保海洋核动力平台安全和核安全,在设计阶段采用模型试验和数值计算对其进行水动力分析必不可少。本文首先得到在单位波幅规则波下频域RAO,然后计算在风浪流联合作用下的时域运动响应,并采用Weibull分布对垂荡、横摇和纵摇的时历运动进行统计。最后,将平台运动特性的数值计算结果与试验数据进行对比分析,为海洋核动力平台的设计提供参考。     

多块多刚体铰接式浮式防波堤消波特性数值模拟

为研究浮式防波堤的消波机理,在方箱型浮式防波堤的基础上,提出一种多刚体耦合式浮式防波堤设计方法,将方型旋转体与防波堤主体通过旋转关节进行耦合,建立多刚体耦合模型。在此基础上,通过改变方型旋转体模型吃水以下的截面形状,设计出U型体和半椭圆型体浮式防波提铰接模型。基于多体耦合运动理论,采用基于有限体积法理论的STARCCM+软件建立浮式防波堤消波数值模型和计算方法,对3种不同铰接构型的多刚体耦合式浮式防波堤水动力性能及消波性能进行数值分析,研究各构型的消波性能。结果表明：多块多刚体浮式防波堤内部多系统耦合运动加剧了对入射波能量的耗散,有较为出色的消波效果,通过对比3种不同构型的铰接式浮式防波堤,得到了多刚体铰接式浮式防波堤消波性能及水动力响应变化规律。研究结果可为浮式防波堤设计及工程化应用提供技术支撑。     

不同阻尼板形式对圆筒型FPSO平台运动性能的影响

针对圆筒型浮式生产储卸油装置（FPSO）运动响应进行优化，提出带有2种新型垂荡抑制结构的圆筒型FPSO，即上扬边锋型圆筒FPSO和锯齿型圆筒FPSO。通过频域分析获得2种新型结构的幅频响应函数，初步对比判断2种新型结构运动性能的优劣，在此基础上，设计新型圆筒FPSO系泊系统并进行时域耦合分析，将计算结果与试验数据进行对比验证，在证实数值模拟准确性的同时分析新型结构的阻尼特性，得到较优的垂荡抑制结构形式。结果显示，所述的锯齿型垂荡抑制结构可有效减小纵荡和纵摇的运动幅值及幅值发生概率，降低纵荡和纵摇运动能量产生，改善整体运动性能。     

多点系泊定位FDPSO船体水动力性能数值模拟和模型试验研究(英文)

由于中国南海海域海况十分恶劣,浮式钻井生产储油轮(FDPSO,Floating,Drilling,Production,Storage and Offloading vessel)定位方式的研究是海洋工程界值得关注的课题。文章采用数值模拟和模型试验的方法对多点系泊FDPSO水动力性能开展研究。数值模拟包括FDPSO船体频域水动力性能计算和船体/锚链时域耦合分析。船体频域水动力性能计算得到了水动力系数,波浪力和运动幅值响应算子;时域耦合数值分析得到了中国南海海域一年一遇海况和百年一遇海况下船体六自由度运动时历。模型试验在上海交通大学海洋工程深水池开展,包括静水衰减试验,白噪声试验和不规则波试验。对数值计算结果和模型试验结果进行了比较,验证了数值结果的准确性,并对多点系泊FDPSO在中国南海海域的水动力性能进行了研究。     

规则波中内转塔式FPSO艏摇失稳研究

研究规则波中内转塔浮式生产储卸油平台(FPSO)的艏摇失稳现象。采用SESAM软件建立船舶水动力模型并计算水动力系数。考虑平均漂移力,建立了FPSO艏摇单自由度非线性动力学方程。应用Lyapunov稳定性定理分析平衡艏摇角随波长-船长比的叉形分岔现象,并与模型试验进行对比,结果吻合较好,验证了理论分析的正确性。分析了横摇和纵摇阻尼、内转塔位置和载况对FPSO艏摇失稳的影响。考虑一阶波浪力和平均漂移力,建立了FPSO的6自由度全耦合动力学方程并数值求解,研究艏摇失稳时FPSO的6自由度运动响应,分析艏摇初始条件的影响。计算结果表明,初始条件的细微差异会导致不同的运动响应,艏摇失稳会显著增大横摇响应幅值。     

三体船横摇运动试验研究

三体船的侧体对其周围的流场及其自身的耐波性能会产生复杂的影响,导致三体船横摇运动的纯理论计算比较困难。因此,采用耐波性模型试验（包括自由衰减试验、规则波及不规则波中的航行试验）考察侧体横向位置、舭龙骨的设置以及航速等因素对三体船横摇运动的影响,研究结论对相关专业设计人员具有较好的参考价值。     

新型圆筒型FPSO运动抑制结构的优化设计

针对圆筒型浮式生产储卸油装置（FPSO）垂荡运动性能较差等问题，设计具有通海形式的延伸筒体与减动结构的新型圆筒型FPSO。通过建立水动力分析模型，对不同运动抑制结构模型的垂荡与纵摇的固有周期和运动响应幅值算子（RAO）进行数值计算，对运动抑制结构型式的延伸筒体和阻尼孔进行优化设计。在时域耦合分析中，结合我国南海环境，通过设计合理的系泊系统，得到新型圆筒型FPSO的运动的响应历程，并对系泊系统进行安全校核。结果表明，延伸筒体高15 m、阻尼孔直径1.0 m为优化后的构型，该构型能节约成本、满足项目设计要求以及南海百年一遇的生存工况。     

规则波作用下养殖工船的运动响应特性

采用模型试验和计算流体力学（CFD）方法对一艘新型深远海养殖工船在规则波下的运动响应特性进行研究。针对载液率为81.5%的满载工况，将养殖水体替换为固体，探究自由液面对运动响应的影响；考虑载液率为81.5%和47.4%的2种载液状态，分析载液率对运动响应的影响。结果显示：数值计算结果与模型试验结果吻合良好；自由液面效应和较高的载液率均增大了横摇运动固有周期，减小了横摇运动响应幅值算子（RAO）峰值；自由液面效应和载液率对养殖工船的纵摇运动影响不大。     

浮码头与旁靠船舶的运动响应特性研究

本文基于三维势流理论，采用数值分析方法研究了浮码头与散货船旁靠系泊的运动特性。考虑缆绳和护舷的非线性特性，探求了波浪周期对浮体运动、系缆力的影响规律。研究结果表明：考虑间隙内水体运动影响，旁靠散货船在横浪条件下的纵摇和纵荡运动有所增大。浮码头在计算工况下，缆绳受力较大，在某些工况条件下超出了国际系缆力标准的要求，旁靠散货船的缆绳在计算工况下均未超标，满足要求。研究结果为浮码头系泊系统的设计及工程运营提供理论参考。     

深海系泊浮体物面非线性时域耦合动力分析

文章基于三维时域势流理论和弹性细长杆理论,研究并提出了深海系泊浮体物面非线性时域耦合动力分析方法。该方法采用时域物面非线性理论方法在瞬态位置直接时域模拟系泊浮体所需水动力,结合有限元方法计算系泊缆索的动力响应,利用异步耦合方法实现浮体和系泊缆索的时域耦合动力求解。既满足系泊浮体时域水动力耦合,又满足系泊浮体和系泊缆索动力耦合。通过对二阶非线性不规则波作用下深海系泊半潜式平台的时域耦合响应特性进行研究,将不同海况下物面非线性时域耦合静力响应和动力响应与间接时域耦合动力响应的三种方法计算结果进行比较。研究结果表明,系泊缆索动力响应明显,平台瞬态空间位置对垂荡低频运动影响较大,有必要在平台瞬时湿表面采用动力响应方法进行深海系泊浮体时域耦合响应分析。     

Hydrodynamic response of a non-ship-shaped FPSO vessel with damping plates

Experimental and numerical hydrodynamic investigations were carried out on a 1:45 scale model of a novel non-ship-shaped floating, production, storage, and offloading (FPSO) vessel that has been designed for use in the icy waters of the Arctic as well as the severe sea states of the North Sea. This FPSO vessel has a turret mooring system that is disconnectable during emergencies and inclement weather conditions. Experiments were conducted on a 1:45 scale model of the FPSO with damping plates consisting of skirt plates and different sizes of keel plates in order to study their influence on the response of the vessel. A numerical study of the scale model was carried out using the Wave Analysis at Massachusetts Institute of Technology code, and the results provided by it were compared with those obtained from model tests in the wave basin.     

锚链预张力对FDPSO运动响应的影响

作为一种综合性浮式平台,浮式钻井生产储油船简称FDPSO,具备石油钻探、生产、储备等功能,是在浮式生产储油船的基础上发展而来.FDPSO主要工作于海况比较恶劣的深水海域,因而如何准确预报FDPSO的运动响应和锚链的预张力非常必要.本文基于时域耦合方法对FDPSO运动响应和锚链的预张力进行预报,在此基础上将数值结果与试验结果进行对比以验证理论计算的可靠性.通过改变锚链线的预张力来研究预张力对FDPSO运动响应的影响.文中提供了运动响应的时历曲线和响应谱,并对比分析其中的异同,结果表明锚链预张力对纵荡、横荡和横摇运动的响应影响比较大.     

波浪作用下单体网格式浮架受力的数值模拟

模型试验表明重力式网箱在波浪作用下，单纯浮架的受力贡献比例较大。本文运用波浪理论，通过建立浮架、锚绳及浮子的运动方程，采用五阶龙格-库塔进行数值求解，得到了单体网格式锚碇单纯浮架的数值计算模式。将计算模型简化为四点锚碇，并将计算结果与实验结果进行了比较，二者符合程度较好。在此基础上，比较了单体网格式锚碇与四点锚碇单纯浮架的受力，结果表明网格式锚碇方式浮架受力较小。     

一种新型深水浮式平台及其系泊系统动力响应分析

本文以一种可支持干式采油树的新型深水浮式平台为研究对象,采用频域和时域分析方法,分析不同工况下该平台的运动响应和锚链力特性,并与试验数据相对比以验证数值方法的正确性。在此基础上,重点分析了锚链断裂和伸缩立柱长度对该平台各项性能的影响。研究表明,该新型深水浮式平台具有优越的垂荡运动性能,且伸缩立柱长度对其垂荡运动具有影响。此外,如果发生锚链断裂,将对平台水平运动及锚链力产生较大影响。     

非对称系泊系统作用下浅水浮式海洋平台运动耦合分析

选择地理位置、区域环境较为关键的岛礁,建立浅水浮式海洋平台,具有重要意义。应用在岛礁浅水区域的浮式海洋平台,由于受地理环境限制,很难设计对称式系泊系统。因此,本文设计2种典型非对称式系泊系统布置方案,基于TMA浅水波浪谱理论,对2种非对称系泊系统作用下浮式平台的水动力响应进行时域数值计算,计算结果与对称式系泊系统作用下结果对比分析,获得了非对称系统状态下平台运动响应特点及系泊张力分布特点。     

单柱式浮式风力机动力响应数值与试验分析

以200 m作业水深的5 MW OC3单柱式浮式风力机为研究对象,采用FAST程序对其在不同海况下的运动进行全耦合时历数值计算,并与采用1∶50缩尺比模型试验所得时历结果进行对比,通过时域以及频域方法对平台主要自由度运动以及系泊拉力进行分析。研究发现:垂向运动带来的自由面记忆效应较纵向和横向小;悬链线式模型所能提供的系泊拉力较张紧式系泊提供的拉力小;风浪联合作用下,风载荷主要激励低频固有频率运动,波浪载荷则主要激励波频运动;平台纵荡和纵摇运动受系泊系统的影响较大,而垂荡运动则不受系泊系统的影响。