单驳船沉放对沉管管段动力响应影响的物理模型试验研究

波浪作用下沉管管段和驳船的运动属于耦合运动,是极为复杂的水动力学问题。论文通过物理模型试验,研究了不规则波作用下、单驳船沉放情形下的沉管管段的动力响应问题,采用Welch方法对沉管管段动力响应进行了频谱分析,并探讨了不同波浪周期和波高情形下的沉管管段运动和缆绳张力的频谱特性。研究结果表明:与固定平台沉放情形相比,单驳船沉放情形下,不仅沉管管段低频运动周期和幅值的谱分析结果均发生改变,而且波频运动幅值的谱分析结果也发生变化。此外,还探讨了波浪条件对沉管管段运动幅值功率谱结果的影响情况,并对考虑驳船运动的沉管管段稳定性进行了研究。     

波浪作用下沉管隧道管段双驳船沉放过程的频域响应

基于线性波理论，应用三维分布源法求解边界积分方程，计算了波浪作用下双驳船施工沉放的沉管隧道管段沉放过程中的波浪荷载及频域运动响应。计算中忽略了驳船本身的运动对沉管运动响应以及缆绳受力的影响，缆绳作用力由静力学方法计算。计算结果表明，沉管受到的波浪荷载在靠近水面的位置较大，并随着沉管沉放深度的增加而减小；随着波浪周期的增大，沉管受到的波浪荷载先增大而后减小；沉管的运动响应一般在离水面近的位置较大，并随着沉放深度的增加而减小。     

波浪作用下沉管隧道管段沉放过程的频域响应(英文)

大型沉管隧道管段的沉放是沉管隧道施工中的关键环节之一.为了解沉管隧道管段沉放过程中的运动特性,对双驳船施工沉放的沉管隧道管段进行了频域计算分析.基于线性波理论和三维分布源法,计算得到波浪作用下沉管管段沉放过程中的波浪荷载及频域运动响应.计算中假定驳船本身的运动较小,忽略了驳船的运动对管段运动响应的影响,缆绳作用力由静力学方法计算.计算结果表明,沉管受到的波浪荷载在靠近水面的位置较大,并随着沉管沉放深度的增加而减小;随着波浪周期的增大,沉管受到的波浪荷载先增大而后减小;沉管的运动响应一般在离水面近的位置较大,并随着沉放深度的增加而减小.     

海流作用下沉管—双驳船沉放系统沉放过程的阻力特性分析

文章通过CFD方法对海流作用下沉管管节与双驳船组成的沉放系统在不同沉放水深时的阻力进行分析,采用RANS方程和SST k-ε湍流模型,利用试验结果验证所用模型和方法的正确性。结合沉放过程三个典型工况,分析90°来流时的流场变化对阻力特性变化产生的影响。结果表明数值结果与试验结果差异较小,驳船和沉管之间的相对位置、沉管沉放深度对流阻力大小影响较大。     

两船在波浪载荷作用下的运动响应分析

基于波浪辐射/绕射理论,利用水动力分析软件AQWA研究两船在波浪作用下的运动响应特性,给出驳船受浮式生产储油船(FPSO)影响时的附加质量和辐射阻尼,分析了驳船的漂移力和运动响应。计算结果表明,当两船间距为5 m时驳船的附加质量比间距为10 m时的值大2倍多,驳船的附加质量和阻尼随着间距的减小逐渐增大;在间距30 m时,驳船的速度越小所受的漂移力就越大,并且驳船的横摇和首摇运动就越剧烈。     

较大周期波浪作用下大型系泊(LNG)船舶运动响应试验研究

采用物理模型试验方法,对横向较大周期波浪作用下一艘大型系泊(LNG)船舶运动响应特性进行了研究。结果表明:系泊船舶纵移、横移和回转运动存在着自振周期;横移运动为周期性运动,横移自振周期与船舶横摇固有周期比值在1.11～1.23间,且横移运动峰值随着波浪周期的增大而增大;不同装载状态下,升沉运动随波浪周期增大的变化规律一致,升沉运动量最大值大于波高;横向波浪作用下,系泊船舶纵摇运动受波浪周期变化影响很小;横摇运动为周期性运动,横摇自振周期与船舶固有横摇周期的比值在1.23～1.48间,横摇运动峰值随波浪周期增大而增大。     

沉管隧道长大管节海上施工物理模型试验思路与结果分析*

长大管节海上寄放、浮运和沉放过程中的受力和运动响应是沉管施工需要考虑的重要参数,现有的结构力学和流体力学均无法精确计算。基于相似理论和相对运动概念,在拖曳水池完成了沉管管节寄放、浮运和沉放系列水动力学试验,得到了沉管管节在不同风浪流载荷组合作用下的管节受力和运动响应,可为数值仿真分析提供关键参数取值依据,也可为长大管节的施工提供借鉴。     

基于BP和LSTM组合优化的船舶升沉运动预测

预测船舶升沉运动有助于增强波浪补偿系统的补偿效果,解决补偿系统滞后问题。为提高预测模型的预测精度,提出一种基于误差反向传播（BP）神经网络和长短时记忆（LSTM）神经网络组合优化的船舶升沉运动预测方法。以采用计算流体动力学（CFD）方法获取的船舶在规则波浪作用下的升沉运动和在突发性干扰下的升沉运动为对象,基于PYTORCH框架和LINGO软件,建立以加权方式组合优化BP神经网络和LSTM神经网络的预测模型。研究结果表明,无论是船舶在规则波浪作用下的升沉运动,还是船舶在突发性干扰下的升沉运动,BP-LSTM组合模型的预测精度均高于BP神经网络和LSTM神经网络,有助于提高补偿精度。     

在时域中求解非线性船舶运动及波浪载荷的数值计算方法和程序

本文对时域中求解非线性船舶运动及波浪载荷的数值计算方法作了讨论，提出了ＨＡＭＭＩＮＧ法是一种值得推广的、高效的求解高阶常微分议程组的方法，作者以升沉、纵摇耦合运动为例详细推导出运动方程数值解的时间步进公式并已用本方法编制了计算机程序，并完成多条船的实例计算机。     

驳船升沉与横荡运动下的海洋立管动力响应

以水面驳船的升沉和横荡运动作为立管上端上端的激励条件，选用“皮尔逊-莫斯科维奇”海浪谱，用Morison方程估算作用在立管上的流体动力，立管上端与驳船连接处作允许任意弹性旋转固定假设，用有限元法进行空间域离散，并用中心差分法对立管的动力响应进行了系统时域模拟。     

箱式浮体在波浪中的运动分析

为研究浮体在波浪中的运动，工程中采用基于刚体运动学的理论，应用牛顿第二定律建立了箱体在六个自由度的耦合运动方程。采用修正的切片法计算了箱体在规则波中运动的附加质量、附加阻尼和静水恢复力，并以纵摇和垂荡两个运动模态为例，在频域和时域内计算了浮体在规则波中两个运动模态的波浪载荷和运动响应，并对运动响应特性进行了分析。     

水翼辅助推进船舶波浪中运动和增阻特性研究

基于在船首两侧增添（固定）水翼的水翼辅助推进船舶的设想,选取集装箱船型作为研究对象,采用三维面元法对原型和水翼船在规则波中的运动和增阻响应进行了预报,并与试验结果进行比较,验证了计算结果的准确性。研究结果表明水翼能够有效地减小船舶在波浪中的纵摇、垂荡和增阻响应,其中添加水翼船在波浪中的纵摇和垂荡响应峰值分别减少了21%和24%,而增阻响应则减小了80%。此外还对水翼展弦比和安装位置对船舶在波浪中的运动和增阻响应的影响进行了研究。     

Effects of excitation angle and coupled heave–surge–sway motion on fluid sloshing in a three-dimensional tank

Sloshing waves in moving tanks is an important engineering problem, and most studies of this phenomenon have focused on tanks that are excited by forcing motion in a limited number of directions and with fixed excitation frequencies throughout the forcing. In practice, the excitation comprises multiple degree of freedom motion that potentially couples surge, sway, heave, pitch, roll, and yaw motions. In the present study, a time-independent finite difference method is used to simulate fluid sloshing in three-dimensional tanks filled to an arbitrary depth for various excitation frequencies and multiple degree of freedom motion. The numerical scheme developed here was verified by rigorous benchmark tests. The coupled motions of surge and sway are simulated for various excitation angles, frequencies and water depths. Five kinds of sloshing waves found under coupled surge–sway motions: diagonal, single-directional, square-like, swirling, and irregular waves. The effect of excitation angle on the frequency responses of different sloshing waves is analyzed and discussed in the present study. Further, the components of horizontal force of various sloshing waves are also presented. The coupled effect of surge, sway and heave motions is also discussed, and the results show that unstable sloshing occurs when the excitation frequency of the heave motion is twice the fundamental natural frequency. Moreover, the effects of heave motion on the different types of sloshing waves are explored. It is found that heave motion causes all of the sloshing waves to change type.     

高强度洋流作用下沉管的力学性能研究

沉管水下沉放中,管节与船舶采用缆索连接吊放下沉.为解决外海复杂海况条件下,船管缆系耦合受力的状态与水下管节的位移不受控和缆力超限的问题,通过数值仿真计算和物模试验相结合的方式,分析了不同沉放深度的沉管沉放过程中,船舶受外载荷和管节水下受水动力双重作用时的动力响应情况.通过计算和试验,开展了自由状态下的衰减试验、系泊系统下模型单自由度运动衰减试验、作业状态下沉管和安装船运动响应及各缆绳的受力测量,得到系泊缆、沉管吊缆和安装缆,在浪、流组合作用下的受力和水下运动位移情况,选取了适用于本项目管节沉放施工缆系的关键力学取值,并进行了工程应用验证和对比分析,证明了该研究成果的正确性,研究成果可为类似工程大型构件水下精确沉放和施工提供技术依据.     

Nonlinear hydrodynamic responses of submerged moving payload in vicinity of a crane barge in waves

The wave interaction with a submerged cylindrical payload subjected to constrained motions in presence of a nearby floating crane barge is investigated in the three-dimensional numerical wave tank using a fully nonlinear potential flow model in the time domain. Numerical simulations are carried out to investigate the hydrodynamic features of this submerged payload under pendulum motion in water waves as well as while it moves towards the sea bed at a constant vertical velocity. It is known that the presence of multiple side by side floating bodies in waves can create significant drift motion. In the present study the similar drift motion is observed for the side by side floating barge and submerged payload and it appears that the submerged payload under constrained motions may face a very large mean drift motion of nearly seven times that of the incident wave amplitude in the beam sea upstream condition. Emphasis is also given towards investigating and understanding the influences of natural frequency of the payload and shielding effect due to the presence of the floating barge. It is found that natural frequency coupled with shielding effect generates remarkable low frequency components in payload responses both in the head sea and the beam sea situations. The effect of different cable lengths, wave maker frequencies and downward moving velocities on payload responses under several geometric setups are studied and compared, and interesting features such as increased low frequency movement of the payload near the natural frequency region and existence of considerable low frequency motions even at a greater depth (while the payload is quite below the free surface) are observed.     

波浪入射角度和周期对系泊船舶运动影响的数值模拟研究

基于MIKE 21 Mooring Analysis系泊分析软件,模拟研究在不同周期和入射角度的不规则波作用下系泊船舶运动的变化规律。结果表明,系泊船舶运动量随波浪入射角度和波浪周期的变化相互影响。在不同周期波浪作用下的系泊船横移、横摇和升沉运动量均随波浪入射角度的增大而增大,横摇运动的共振效果随着波浪入射角度远离90°方向逐渐减弱,升沉运动量在波浪入射角度靠近90°或0°方向时基本不变。当入射波浪周期较长时,纵移和回转运动量随着波浪入射角度的增大先增大后减小,一般在波浪60°入射时产生峰值。     

半潜驳施工运动响应计算及现场测试

针对大型施工半潜驳在恶劣海况中的运动特性问题,采用数值计算的方法给出了不同作业海况下船舶的运动响应幅值,同时依托现场施工作业对半潜驳下潜施工运动响应进行测试,验证和完善了水动力数值分析模型及参数设置.据此提出的半潜驳下潜施工作业建议,可为船舶施工作业及安全操控提供参考.     

大型穿浪内倾船型耐波性能研究

针对大型穿浪内倾船型的波浪中航行性能，采用基于势流理论的切片方法，分析六级海况下的船体纵摇、升沉运动的时历曲线，获取不同船长、波长比下的运动响应函数，通过对比计算和试验数据，发现针对该船型，计算方法能够满足工程开发精度要求。     

考虑粘滞阻尼的Truss Spar频域响应分析

联合势流理论与修改的Morison方程,建立波浪作用下的Truss Spar平台运动响应计算模型。波浪激振力与相关水动力信息采用高阶边界元计算方法获得。通过数值模拟得到Truss Spar平台纵荡、垂荡和纵摇RAO,针对Morison阻力系数对响应的影响进行参数分析。计算结果显示,纵荡和纵摇仅在低频部分对阻力系数敏感。因此平台在遭受二阶波浪慢漂力作用时,粘滞阻尼将起到重要作用。对于垂荡方向,由于Truss Spar安装的垂荡板提供了较大的竖向粘滞阻尼,因此垂荡RAO受阻力系数的影响较大。