考虑结构弹性变形的超大型浮体锚泊系统时域耦合分析

通常的系泊系统运动和张力分析只考虑浮体作为刚体的自由度运动。然而,当浮体尺度达到一定程度,浮体会在波浪激励作用下产生弹性变形,弹性变形会对系泊缆的张力产生影响。本文基于浮体三维频域水弹性分析方法和系泊缆静力分析方法,建立锚泊系统时域耦合分析方法,获得更加真实的系泊缆张力特性以及浮体的运动特性,在时域模拟中考虑了风、浪、流环境条件对浮体运动和系泊缆张力的作用,同时根据浮体三维水弹性频域计算结果获取浮体弹性变形在系泊点处产生的位移,建立浮体弹性变形对系泊缆张力贡献的计算方法,并针对一布置于400 m水深海域的超大型浮体,计算了浮体的弹性变形对系泊缆张力的贡献。     

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。     

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。     

超大型浮体结构在规则波中的水弹性响应理论研究

介绍颇具先进性和强大处理功能的三维水弹性计算程序，它能开展近似于实际复杂海域环境下的不同类型的超大型浮体结构(VLFS)水弹性响应分析。为了阐明它的功能，进行了两个试算。首先计算了刚性和重量变化下的不对称超大浮体，然后进行了不同水深时的分析处理。通过与Utsunomiya的相应水弹性响应分析的比较，证实了它的适用性。最后还对实际超大浮体模型，进行了计及防浪堤影响下的1000m级超大浮体第二段模型的模拟计算，获得了合理的水动力性能。另一个试算是对长4770m、最宽处达2055m的东京湾机场模型的模拟计算。模拟结果显示了VLFS的特有水弹性性能，其结果与相似的超大矩形板极为吻合，从而证实了该程序的实际应用计算的可行性。由此证明了该程序对于大范围真实的VLFS的适用性。结论是：本文所提供的三维水弹性响应程序，不失为以实际超大型浮体结构为对象的一个强有力的应用设计工具。     

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.     

预报超大型浮体水弹性响应的模态函数展开方法和特征函数展开方法比较

超大型海洋浮式结构物对于开发海洋资源和利用海洋空间有着很大的实用价值，目前国际海洋工程界已掀起了研究超大型浮式结构物的热潮。如何计算浮体结构在波浪中的水弹性响应是设计过程中的一个非常重要的技术问题。Wu，C．，Watanabe，E．and Utsunomiya，T．(1995)提出了利用平板模态函数展开方法预报超大型浮体的水弹性响应；Kim，J．w．and Ertekin，R．C．(1998)提出利用特征函数展开方法预报超大型浮体的水弹性响应。本文对这两种方法进行了系统的比较，分别根据这两种方法计算了浮体结构的挠曲变形及弯矩、剪力的分布，并辐讨了不同参数对于水弹性响应的影响。     

迎浪端配置减振板的超大型浮体平板模型水弹性响应分析

在箱型超大型浮体迎浪端引入水下减振平板,依据势流理论,采用模态展开法和特征函数展开法求解流体速度势,并将其代入水弹性运动方程,求解该浮体的水弹性响应。探究减振板板宽、入水深度等参数对超大型浮体水弹性响应的影响;对比有无配置减振板情况下,入射波波长变化对浮体水弹性变形的影响,这些为今后的工程应用提供了理论依据。     

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。     

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。     

基于离散模块梁单元水弹性理论的复杂连接处建模方法

[目的]在离散模块?梁单元(DMB)水弹性理论框架下,提出针对连接形式复杂的超大型浮体结构(VLFS)的新的建模方法,并与已有方法进行对比分析.[方法]首先,概述基于DMB的水弹性分析方法,给出求解连续VLFS结构在波浪作用下的动力响应步骤;然后,针对VLFS复杂连接处进行建模,通过定义连接处的刚度矩阵,对与连接处相邻...     

Overview: Research on hydroelastic responses of VLFS in complex environments

In the past several decades, extensive investigations have been carried out on the hydroelastic responses of Very Large Floating Structures (VLFS) in the deep open sea by researchers around the world. However, when tackling the hydroelastic problems of VLFS used as the protection and exploitation of marine resources near offshore and islands, the effects of complex environments, such as the seabed profile and inhomogeneous wave conditions should be taken into account. Based on the development history of VLFS and the process of classical hydroelasticity of VLFS, the research results of hydroelastic responses of VLFS in complex environments have been systematically summarized in this paper, so as to provide a basis for the further research.     

三维水弹性集成软件的设计与实现

为了满足三维水弹性软件商用化的应用要求,文章通过对已有三维水弹性程序的使用经验的分析,设计并实现了其前后处理功能模块,形成统一的商用化集成软件。并以某18万吨的散货船为例,利用该商用集成软件进行分析处理,用以进一步展示完成的集成软件的功能。最后给出了软件进一步发展的设想。     

船舶水弹性力学理论的研究进展

船舶水弹性力学理论在过去近三十年中取得了长足的进步,尤其是三维水弹性理论已被广泛应用于船舶与海洋工程领域的流固耦合问题中。全面地回顾了国内外船舶水弹性力学理论及试验研究的历史与现状,将水弹性力学理论分为二维线性、三维线性、二维非线性、三维非线性等几类,以波浪中航行船舶的水弹性力学理论研究与应用为重点,依次进行了介绍。在船舶水弹性试验方面,着重介绍了国内在整体弹性船模试验研究中取得的进展。     

考虑航速及自由液面影响的声介质中三维结构水弹性力学研究

基于Wu建立的带航速三维水弹性理论,采用考虑自由液面效应的理想可压流体Green函数,提出了带航速和考虑自由液面的声介质中三维水弹性结构声辐射计算方法.对THAFTS三维水弹性计算程序进行修改,得到声介质中三维水弹性计算程序.针对无限大流体中的静态弹性球壳结构声辐射模型进行一系列数值计算,通过与解析结果的比较,验证了该计算方法和计算程序的正确性.进一步计算不同潜深、不同航速下弹性球壳的结构声辐射,以此为基础对该计算方法和计算程序进行进一步考核,同时分析了航速和自由液面对水下结构声辐射的影响.     

超大型浮体结构极限强度研究综述

随着世界人口的迅速增长、内陆资源的枯竭和世界经济的可持续发展,人类逐步加大了海洋资源开发和空间利用能力的投入力度.超大型浮体结构是近几十年来海洋利用中备受关注的海洋结构之一.尽管对超大型浮体进行了广泛的研究,但仍有许多关键技术需要解决,超大型浮体结构的极限承载力就是关键技术之一.本文首先给出了经典的超大型浮体结构构型,其次针对文中的构型给出其载荷特性,然后总结分析了超大型浮体的极限强度计算方法以及试验研究,最后对超大型浮体结构极限强度研究的进展进行了讨论.     

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。     

不同海况下艏部砰击及鞭状效应的试验与数值分析

为了更深入地研究船舶的鞭状效应,在拖曳水池中对某船进行了艏部砰击及鞭状效应分段模型试验研究。提出了一种可以考虑砰击力的非线性水弹性计算方法。并改进了传统的分段模型,采用变截面梁对船体刚度进行模拟以更好地接近实船。在规则波迎浪下观察到了严重的艏部砰击现象。试验数据表明,当波高从5.6m增大到21m时,由于鞭状效应原因,总弯矩相比低频波浪弯矩的增大值从24.64%增长到92.02%。最后,将不同海况下的测量结果与基于线性与非线性水弹性理论的计算结果进行了比较分析,初步验证了文中方法和程序在预报船体波浪载荷中的适用性。     

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。