考虑下沉运动情况下的张力腿平台耦合动力响应

考虑张力腿平台的六个自由度运动,分析平台本体纵荡、横荡和首摇与下沉运动的关系,推导了非线性恢复刚度矩阵,建立非线性运动方程。基于Airy波波浪理论,在不同波高作用下,计算张力腿平台的运动响应,得到平台运动的时间历程和频谱特性。将基于新推导的刚度矩阵的计算结果与A.Jain刚度矩阵得到的计算结果进行了比较分析,表明平台的下沉运动导致平台垂荡运动响应明显增大。在垂荡运动中包含了波频和倍频超谐运动成分,纵荡、横荡和首摇对于下沉具有重要影响。     

船体薄壁梁的扭转刚度矩阵及其在弯矩分析中的应用

本文基于闭口薄壁杆件扭转时翘曲与扇性坐标间的普遍关系:ω=-θω,导出了薄壁梁约束扭转时的刚度矩阵,以及扭转与拉(压)、弯曲的组合刚度矩阵,并将此组合刚度矩阵用于船体梁的弯扭分析中,导出了通用的坐标转换矩阵。文中的结果比现有的结果更为合理并具有普遍性。推导中对闭口薄壁断面的双力矩概念还提出了一些补充的看法。     

非线性铰接双浮体波能转换器的能量捕获特性研究

本文针对传统铰接浮体线性波能转换器捕获效率低、频带窄的固有瓶颈,提出一种可用于铰接浮体波能转换器的简易负刚度机构,可作为一种被动方法提高系统的波能捕获效率。首先,提出一款简单紧凑的负刚度装置,该装置通过在铰接浮体间布置简单的拉伸弹性元件实现;其次,基于线性波浪理论和Cummins方程,建立两模块非线性波能转换器的时域动力学模型,同时为提高计算速度,采用状态空间模型替代表征波浪辐射力的卷积积分项;最后,分析规则波作用下两模块非线性波能转换器的波能转换特性。数值结果表明,通过引入非线性负刚度机构,可有效降低系统的等效固有频率;当负刚度机构调整到适当参数时,系统的弹性力在纵摇运动的相平面上能形成一个椭圆势井,其长轴接近铰接双浮体纵摇运动的模态方向,由此可使两模块的纵摇运动趋于反向,起到被动相位控制的作用。基于上述机理,合适的非线性负刚度结构可有效提高能量的捕获效率和拓宽能量吸收的频带。     

演示验证平台铰接连接器刚度优化设计（英文）

连接器是多模块浮动平台的关键部件之一。合理的连接器刚度配比有助于提高平台的安全性和稳定性。本文采用一种优化方法对南海部署的两模块半潜式浮动平台铰接连接器开展刚度配比优化研究。考虑连接器载荷、模块运动响应等评价指标，通过线性加权和法构建评估函数，并运用遗传算法优化计算了不同赋权方案下连接器刚度配比。根据不同工程需要，针对演示验证平台连接器建议采用两种刚度配比方案。在设计阶段，通过采用有限元方法对演示验证平台铰接连接器开展结构刚度分析，进一步验证了基于最优刚度配比方案设计的铰接连接器刚度设计的合理性。     

非粘结柔性立管静态分析

海洋柔性立管因材料和结构上的复杂性在设计分析中存在许多技术难题。本文在变形能原理和能量守恒的基础上,推导出了柔性立管各层的刚度矩阵。将各层刚度矩阵进行叠加,得到柔性立管总体刚度矩阵,并用总体刚度矩阵求解静载荷作用下立管变形响应。同时基于ABAQUS软件建立八层非粘结柔性立管有限元模型,并将有限元计算结果和刚度矩阵计算结果进行比较。结果分析表明：运用推导得到的刚度矩阵求解静态载荷下立管的变形是一种简便且准确的方法。     

铰连接在深水S型铺管中的应用

为了能够在S型铺管过程中将管线、船体和托管架三者作为一个整体进行耦合分析,使用势流理论用于计算船体受到的波浪力,广义弹性接触面法模拟托辊与管线之间的接触,采用带有铰接刚度的铰连接来模拟管线的上弯段,集中质量法用于模拟管线的中垂段和下弯段。通过时域全耦合方程将整个系统联立求解,并将这种方法的结果和未考虑上弯段管线接触的结果与实验值进行了对比发现:新计算方法能够使管线受力和船体运动都更为接近于实际值。对管线张力进行了谱密度分析,得到了对管线张力作用较大的频谱范围,为其在不同海况下的适应性提供了技术参数。     

基于Ariane的LNG运输船系泊设计研究

本文着重对某LNG运输船港口停泊的系泊设计是否满足OCIMF要求进行校核。在考虑风浪流影响的情况下,运用Hydrostar对船舶的风载荷和波浪载荷进行了分析,得到船体的运动响应和波浪载荷输入数据。在此基础上,使用Ariane软件对系泊绳缆和系泊缆桩受力进行分析。由计算结果可知,当风、流方向和速度不同时,各系泊线上的力也不同。为了保持计算结果的稳定性,考虑随机环境因素,对每种工况的系泊力进行多次计算。同时,由于该船停泊在港口,考虑了浅水效应和低频运动。     

复合缆索锚泊下的Spar平台动态响应分析

利用复合索链的计算公式,计算不同配置的复合链组成的锚泊系统的变刚度,并将计算结果运用于Spar平台运动方程中刚度矩阵的修正,分析并比较在不同锚泊系统作用下,Spar平台的动态响应行为。通过计算发现:虽然不同配置的复合缆索对平台的动态响应没有多大影响,但是缆索张力的变化确实截然不同。这些在平台锚泊系统的初步设计中必须考虑。     

深海系泊缆的动刚度特性

针对纤维缆在交变载荷作用下存在的动刚度问题,基于集中质量法的思想建立了系缆的动张力计算模型,编制了能够有效分析系泊系统动力响应的源程序。将张力程序计算结果与商业软件计算结果进行对比,验证了算法程序的准确性,并在此基础上分析了纤维缆复杂的应力应变行为,采用统计的原理计算平均张力和张力幅值,将动刚度引入模型中探究其对系泊张力的影响。此外,分析系统在不同运动形式及环境载荷下的张力结果,研究考虑动刚度后系统参数对系泊张力的影响规律。     

深海系泊缆的动刚度特性

针对纤维缆在交变载荷作用下存在的动刚度问题,基于集中质量法的思想建立了系缆的动张力计算模型,编制了能够有效分析系泊系统动力响应的源程序.将张力程序计算结果与商业软件计算结果进行对比,验证了算法程序的准确性,并在此基础上分析了纤维缆复杂的应力应变行为,采用统计的原理计算平均张力和张力幅值,将动刚度引入模型中探究其对系泊张力的影响.此外,分析系统在不同运动形式及环境载荷下的张力结果,研究考虑动刚度后系统参数对系泊张力的影响规律.     

浮码头铰接趸船结点内力计算

介绍如何将趸船理想化为由线弹簧和转动弹簧支撑的刚性构件。采用刚度法计算浮码头铰接趸船结点内力。该法计算工作量小，便于实际应用。     

海蛇式波能转换装置发电功率参数的数值模拟研究

本文基于三维线性势流理论以及铰接多浮体运动方程,研究了海蛇式波能转换装置各个铰链处的相对转角,从而得到整个装置产生的总发电功率。本文首先研究了铰接刚度以及铰接阻尼对于总功率的影响,然后研究了装置吃水深度对于总功率的影响,最后分析得到本文模型的最优参数取值。     

FPSO液舱晃荡与船舶时域耦合运动数值模拟

液舱晃荡对船舶运动产生的影响经常被忽略或线性化处理,而当液舱液量较低时,船舶运动与液舱晃荡耦合的非线性性是极为显著的。通过对加入液舱内液体粘性影响的时域方程进行求解,分析FPSO模型船舶与液舱晃荡耦合运动,并将求解结果与试验数据和频域方程求解结果进行对比。首先,采用Hydrostar软件基于频域势流理论得到水动力系数以及波浪载荷。然后,通过脉冲响应函数法(IRF)在时域积分得到波浪辐射力。最后,计算船舶与液舱晃荡耦合运动。一方面,通过CFD软件Fluent模拟液舱晃荡,获取晃荡所产生的力及力矩,并以外力形式加载于船体,得到船舶运动响应;另一方面,在船舶运动仿真计算结果的基础上求解液舱晃荡运动。结果显示:这种计算船舶与液舱晃荡时域耦合运动的方法较频域计算方法更为精确,且得到的船舶幅值响应算子(RAO)也符合试验结果。     

多浮体铰接薄板结构运动响应研究

应用Newman的广义运动模态分解方法和拉格朗日乘子法,基于波浪辐射和绕射理论建立了铰接多浮体结构水动力响应的运动方程,应用预修正快速傅里叶变换(p FFT)的边界元方法对由15块板组成的铰接多浮体结构的运动响应进行了研究。数值结果表明该p FFT方法计算精度和计算速度均很高,可用于任意形状和约束状态的多体结构的水动力分析。板间距的改变对铰接点处垂荡和横摇影响较大。     

海洋浮式结构流固耦合动力建模分析

讨论了海洋大体积结构的流固耦合分析数学模型,建立了不可压缩理想流体中流固耦合系统结构运动微分方程,给出了用干模态分析方法计算流体附加质量矩阵、流体阻尼阵和流体附加刚度矩阵以及广义力的计算公式.     

铰接多浮体耦合解析计算

利用Lagrange方程求解波浪作用下的铰接多浮体结构运动响应.基于二维微幅波理论,将流场分成若干子区域,在每个子区域内将速度势用特征函数展开,在各区域边界上进行速度势及水平速度的匹配并结合运动方程耦合求解速度势中的系数及结构响应值.计算与实验结果的比较表明,所采用的计算方法是合理的,可以为研究波浪与铰接多浮体相互作用作为参考.     

多自由度轴对称型波能转换装置水动力性能研究

提出了由垂直轴对称浮体和铰接动力输出(PTO)管组成的多自由度波能转换装置,垂向动力输出机构安装在PTO管内,在波浪作用下浮体可沿PTO管滑动。应用线性势流理论建立该波能转换装置的水动力分析模型,并简化为浮体垂荡、浮体及PTO管相对于铰接点的纵摇和横摇3个单自由度运动方程。为了验证计算模型的正确性,在随浪工况下将各单自由度频域计算结果与基于AQWA-NAUT时域计算结果进行了比较。点吸收装置通常利用海浪作用下浮体相对于固定框架或水下物体的垂荡运动获取能量,其能量俘获带宽相对较窄,而论文提出的新型波能转换装置可俘获浮体多个自由度方向的能量。研究表明,相对于垂荡单自由度点吸收装置,新型多自由度轴对称型波能转换装置可提高波能俘获效率及能量俘获带宽。     

静水压力作用的水下结构振动及声辐射

采用有限元／边界元方法开发了静水压力作用的水下结构振动与声辐射的计算程序。依据不同分析域的特点，对结构域和流体内域采用有限元方法，对流体外域采用边界元方法。分析了流体一结构相似特性，使通过对常规结构有限元分析程序中的参数作合理设置，使之能直接用于内域流体声学有限元分析。流体外域采用边界元方法，选取合适的格林函数，能够考虑无穷远和自由液面边界条件。流体对结构的作用表现附加质量和附加阻尼。采用FORTRAN代码计算外域流体附加质量和附加阻尼矩阵，采用结构有限元分析程序对结构和内域流体作有限元分析，采用DMAP代码将附加质量和附加阻尼同结构质量矩阵和阻尼矩阵相叠加，实现了流固耦合计算。通过几何刚度矩阵对结构刚度矩阵修正来考虑静水压力对结构声辐射的影响。     

基于分布质量轴模型的回旋振动计算方法

根据旋转Timoshenko梁的运动微分方程,推导了计算船舶推进轴系回旋振动时分布质量轴模型的传递矩阵。相对于集中质量轴模型,分布质量轴模型可以计入轴分布质量的平动惯量、转动惯量、陀螺力矩以及剪切变形的影响,更加逼近船舶推进轴系回旋运动的实际物理模型,因此能更精确地计算轴系的临界转速和固有振型。在分布质量轴模型的基础上,采用数值稳定性良好的改进Riccati传递矩阵法编制了回旋振动计算程序,并应用于两型船舶的推进轴系计算。将文中方法的计算结果与有限元法以及第三方计算报告进行了比对,结果具有良好的一致性,从而验证了方法的正确性和计算精度。     

双翼鱼刺型振动模型基础研究

介绍了将平面框架结构简化为双翼鱼刺型振动模型的方法。为了证实该模型的有效性,分别利用反弯点法、D值法、双翼鱼刺型振动模型方法设定多质点系刚度矩阵,对算例结构进行地震响应时程分析;并利用杆系单元有限元的方法,自编电算程序,对算例结构进行地震响应时程分析。最后,对上面几种方法的结果进行比较。结果表明,利用双翼鱼刺型振动模型设定结构刚度矩阵K后计算得出的地震响应值和利用杆系单元有限元方法计算出的结果比较一致。