超大型浮式结构物连接器的概念设计与分析

21世纪是海洋的世纪,超大型浮式海洋结构物顺应潮流成为新时代各国的研究重点。超大型海洋浮式结构物多采用模块化的,而用于模块间连接的连接器的设计就显得尤为重要。本论文基于对多种连接器的研究的基础上设计出了一款适合超大型浮式结构物模块间应用的连接器,并使用patran软件对其静态受力进行分析,确保其强度。并对其安装时的动态瞬间进行分析,确定其最佳结构,对超大型浮式海洋结构物以后的设计建造都有一定的参考价值。     

超大型浮体柔性连接器极限强度模型试验研究

本文针对五模块横向下浮筒式超大型浮式结构物,基于刚性模块柔性连接模型计算获得连接器的工作载荷和极限载荷,结合超大型浮体结构形式和连接器构型特点,设计并开展了柔性连接器结构极限强度模型试验,获得了连接器结构的失效模式和极限强度.试验结果表明该连接器设计合理、连接安全、结构可靠,为验证柔性连接器极限强度评估方法和优化柔性连接器设计方案提供了依据.     

复杂载荷作用下连接器基座加强区结构极限强度研究

文章基于混合相似理论进行了复杂载荷作用下的连接器基座加强区结构模型设计,完成了极限承载能力模型试验,并通过模型试验结果与数值仿真结果的对比,验证了数值仿真方法的正确性。通过文中的研究建立了超大型浮体连接器基座加强区结构模型试验技术、得到连接器基座加强区结构的极限压缩载荷,对多轴载荷作用下的结构物极限强度研究和推进具有重要意义。     

半潜式超大型浮体的多刚体试验研究

超大型浮体作为人类开发海洋的前沿基地,正在成为世界各国海洋工程界研究的一个热点.由于超大型浮体尺度巨大,因此它必定会采用模块化结构,由几种基本的模块在海上加以拼装,连接而成.因此,采用何种形式的连接器已成为超大型海洋浮式结构物设计过程中的一大关键技术问题.本文主要介绍了国内首次进行的半潜式超大型浮体的多刚体试验,在试验中采用刚性模块、柔性连接形式,对各模块的相对运动以及模块与模块之间连接器载荷的动力响应特性进行了研究.     

船舶与浮式码头碰撞过程仿真

基于任意拉格朗日-欧拉法，描述了靠泊船与浮式码头碰撞过程中流固耦合关系。采用耦合法建立了浮式码头与靠泊船碰撞的仿真模型，真实模拟了船舶与浮式码头碰撞的过程，并与试验结果进行对比。由此可知，靠泊船碰撞对于浮式码头的运动响应、连接器所承受载荷、锚缆张力影响较为显著，流体区域也将产生较强的扰动，在实际工程应用中应加以注意。同时，也证明任意拉格朗日-欧拉法在流固耦合的研究领域优势明显。     

Abaqus/Explicit在船舶碰撞载荷作用下结构优化中的应用

船舶碰撞事故会导致严重的经济损失,有必要在造船环节针对船体碰撞过程的载荷进行模拟,提高船舶局部结构的强度,防止船体的机械结构产生碰撞失效。Abaqus/Explicit平台是一种针对静力学、动力学载荷分析与仿真的一个有限元平台,本文基于Abaqus/Explicit仿真平台,通过建模、定义边界条件、运算与求解等过程,进行了船舶碰撞载荷作用下的结构仿真和优化,对于改善船体的结构设计有一定的指导作用。     

多模块连接半潜式平台稳性对比分析

为开发我国海洋丰富的渔业、油气和旅游资源,可以在指定海域布设超大型浮式结构物,作为综合保障基地,提供船舶停靠、人员居住、渔业加工、油气开发、环境监测、飞机起降等多种功能.考虑到建造、运输等因素,超大型浮式结构物一般由多个相同或相似模块连接组成.本文基于一型半潜式平台模块,分别开展单、双、三模块的稳性分析,并对其稳性分析结果进行对比分析,探讨模块数量对平台稳性的影响,为超大型浮式结构物的后续设计与运营提供参考.     

不同锚泊方式下浮式防波堤砰击载荷及其运动响应研究

海上结构物在服役期间会遭受各种恶劣海况,浮式防波堤作为平台等结构物的掩体在波浪作用下产生上下浮动或者前后摆动,通过波浪的反射和耗散,扰乱水质点运动,最终实现消波减能,保护结构物的安全。在防浪消波的过程中,浮式防波堤受到显著的波浪砰击,其自身安全受到威胁,因此,准确预报其砰击载荷至关重要。本文运用CFD方法,基于STAR-CCM+软件,分别以锚链锚泊式浮式防波堤和垂直导桩锚泊式浮式防波堤作为研究对象,分析规则波作用下,浮式防波堤的砰击载荷及其运动响应,并进行对比分析。结果表明,2种锚泊方式下,浮式防波堤所受到的砰击载荷主要集中在迎浪面,均随波高的增大而增大,随周期的增大而减小,相同工况下,锚链锚泊式浮式防波堤所受砰击载荷较大。     

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。     

碰撞事故时超大型浮体模块连接处荷载特性研究（英文）

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。     

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.     

近岛礁超大型浮体连接器载荷研究

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.     

波浪引起破损船的垂向运动和弯矩（英文）

The wave-induced vertical ship motions and bending moments of a double hull-oil tanker in realistic flooding conditions are studied. The scenarios investigated are represented by water ingress into the starboard ballast tanks for collision damage cases and both starboard and portside ballast tanks for grounding situations. Seakeeping computations are performed for eight damage scenarios and for the intact condition, each corresponding to different changes in displacement, trim, and heel. For each of the damage conditions, transfer functions of vertical motions and loads are calculated using a potential linear 3 D panel hydrodynamic code in the frequency domain that includes effect of the motion of the water in flooded tanks. A MATLAB code is developed to facilitate automated hydrodynamic simulation of many damage scenarios. Verification of seakeeping results is performed by comparing transfer functions with results of the previous study. Wave-induced vertical responses of damaged ship are then compared to those of intact ship using two spectral-based methods originating from uncertainty analysis of wave loads, which are convenient tools to assess consequences of damage on short-term ship responses. Generally, observed trend is that vertical wave-induced responses of damaged ship converge toward those of intact ship with increasing wave period. Fairly small differences between responses of asymmetrically damaged ship with respect to the symmetrical incoming wave directions are found. The results of the study are an efficient method for seakeeping assessment of damaged oil tankers and the framework for evaluating consequences of damage scenarios, heading angles, and sea conditions on seakeeping responses of damaged ships.The results can be used to decide if the intact ship model can be used instead of the damaged one for the emergency response procedure or for the risk assessment studies when modeling and computational time represent important limitations.     

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。     

破损船体剩余强度衡准研究

本文研究了船体破损非对称淹水和刚度损失引起的船体外载荷变化,并利用破损船体非对称弯曲极限强度计算方法详细分析碰撞、搁浅和爆炸破损对船体极限强度的影响.然后基于破损船体极值载荷和极限强度,给出破损船体剩余强度衡准,并对破损船体临界海况进行预报.     

超大型浮体柔性连接器动响应研究

为了降低VLFS(超大型浮体)模块连接的巨大载荷,通常选择柔性连接器.本文以某横向浮筒式的浅吃水超大型浮体为研究对象,采用RMFC模型(刚性模块柔性连接器)分析连接器载荷和模块运动响应,并与三模块模型试验进行比较验证.通过较高和较低横向刚度的系列纵向和垂向刚度组合的连接器载荷计算,给出连接器载荷随刚度变化的关系,分析连接器载荷峰值出现的原因.针对连接器载荷峰值对应的刚度组合,计算模块运动响应,分析模块相对运动模式.研究结果表明,对于较高和较低的横向刚度,均存在一定的纵向和垂向刚度组合,导致连接器载荷出现较大的峰值;连接器载荷峰值对应浪向角85°左右的海况,模块相对运动主要表现为艏摇.     

船冰碰撞载荷下船舶结构加强方案研究

为了探究水介质对船—冰碰撞结构响应的影响,文章首次对考虑水介质中的船—冰碰撞问题进行了研究。模拟了船舶与冰体在水介质中的碰撞场景,研究船—水—冰三者共同耦合作用对船—冰碰撞的影响。将该计算方法应用于船—冰碰撞的多种工况计算,对比分析了增加外板厚度、横隔板厚度以及肋骨间距等多种加强方案对船体结构响应的差异。揭示了碰撞区域的损伤变形、碰撞力、结构吸能随外板厚度、横隔板厚度和肋骨间距的变化而变化的规律,分析了船舶肩部各主要构件对于抵抗冰载荷作用的能力及贡献。所得结论对于进行冰区船舶结构设计具有参考作用。