垂直导桩锚固单浮箱式浮式防波堤消浪性能及受力研究

浮式防波堤的锚固方式主要有锚链锚固式和导桩锚固式等,垂直导桩锚固的浮式防波堤在波浪作用下浮体主要进行升沉一个自由度的运动。通过二维波浪物理模型试验对垂直导桩锚固单浮箱式浮式防波堤的消浪性能和受力情况进行了研究。研究结果表明,同一波高下,垂直导桩锚固单浮箱式浮式防波堤的波浪透射系数均随着相对宽度B/L的减小而变大。当浮箱相对宽度相同时,波高较大时垂直导桩锚固单浮箱式浮式防波堤的波浪透射系数较小,尤其对于相对宽度较大(B/L0.2)的情况。与锚链锚固时相比,由于垂直导桩锚固时浮堤的波浪反射和波能损耗均明显增强,垂直导桩锚固时浮堤的波浪透射系数明显减小、消浪性能明显提高。波浪作用下,垂直导桩所受的水平力大小随入射波高的增大而明显增大,导桩所受的正向水平力随着相对宽度B/L的减小(即波浪周期的增长)为减小的趋势,反向水平力随相对宽度B/L的变化规律不明显。     

基于SPH的浮式防波堤消波效果分析研究

浮式防波堤是一类布置在近海区域或浅水流域的重要海洋工程结构物,主要作用是避免从远海传播的波浪对其附近水域内的船舶或其他浮式结构物的安全作业环境构成威胁,提供一个较为平稳的区域水体环境。文章使用光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法,基于悬链线方程理论,开展浮式防波堤与系泊系统耦合水动力数值分析方法的研究。基于流固耦合理论,编写SPH计算程序,数值求解浮式防波堤在不同波浪载荷下的运动特征,分析影响防波堤消波特性的主要因素。     

OWC-开孔浮式防波堤消浪性能的数值研究*

为了使浮式防波堤在消波的基础上兼具发电功能,提出一种新型结构形式——OWC（振荡水柱）-开孔浮式防波堤。对其在规则波作用下的消浪性能进行数值研究,分析了浮堤的间距、开口宽度、锚泊方式、入射角度等因素的影响。结果表明：1）在3种波高、不同周期波况下,与普通双浮堤相比,OWC-开孔浮式防波堤的消浪性能较好;2）浮堤间距和 OWC开口宽度越宽,消浪效果越好;3）锚链不拖地的浮堤消浪性能略优于锚链拖地情况,波浪正向入射比斜向入射时消浪效果好。     

一种新型浮式防波堤消浪效果及锚链力数值研究

对一种适合于救助打捞、工程临时防护等应急防浪情况的新型应急浮式防波堤进行了研究。运用FLOW3D软件模拟了新型应急浮式防波堤在规则波作用下的运动过程,探讨了波陡H/L及相对吃水深度D/d对新型应急浮式防波堤透射系数以及锚链力的影响,并与波浪水槽内系列物理模型试验结果进行比较,验证了数学模型计算结果。研究结果表明,波周期是影响新型应急浮式防波堤透射系数及锚链力的重要因素,周期越大,透射系数及锚链力也越大,而相对吃水深度只在一定范围内对透射系数及锚链力有影响。该新型应急浮式防波堤的消浪效果良好,为其推广应用提供参考依据。     

作业水深对浮式半潜平台波浪砰击的影响

结合模型试验,基于数值重构和外推的计算模型,采用时域全耦合分析方法,对浮式半潜平台全尺寸锚泊系统以及风、浪、流载荷的联合作用进行模拟,针对动力辅助锚泊定位平台与锚泊定位平台在不同作业水深下的波浪砰击进行对比研究。研究结果表明：浮式半潜平台关注点处波浪砰击次数受作业水深的影响敏感。平台在同等环境工况下,关注点处负气隙以及波浪砰击次数随着作业水深的增加而加剧。动力辅助锚泊定位平台较之于锚泊定位平台的随动性更好,可有效减小平台与水质点的相对运动,作业水深变化引起的动力辅助锚泊定位平台同一关注点的砰击次数、气隙变化以及改善幅值明显优于锚泊定位平台。在平台设计过程中,作业水深对平台气隙和波浪砰击的影响应引起重视。     

作业水深对浮式半潜平台波浪砰击的影响

结合模型试验,基于数值重构和外推的计算模型,采用时域全耦合分析方法,对浮式半潜平台全水深锚泊系统以及风、浪、流载荷的联合作用进行模拟,针对动力辅助锚泊定位平台与锚泊定位平台在不同作业水深下的波浪砰击进行对比研究。研究结果表明:浮式半潜平台关注点处波浪砰击次数受作业水深的影响敏感。平台在同等环境工况下,关注点处负气隙以及波浪砰击次数随着作业水深的增加而加剧。动力辅助锚泊定位平台较之于锚泊定位平台的随动性更好,可有效减小平台与水质点的相对运动,作业水深变化引起的动力辅助锚泊定位平台同一关注点的砰击次数、气隙变化以及改善幅值明显优于锚泊定位平台。在平台设计过程中,作业水深对平台气隙和波浪砰击的影响应引起重视。     

矩形方箱浮式防波堤消浪性能研究

通过物理模型试验,探讨矩形方箱锚链锚泊浮式防波堤在规则波作用时,透射系数随浮箱宽度、吃水深度、锚链初始张力等因素的变化规律。研究结果表明:增大浮箱的宽度和吃水深度,可以减小透射系数;增加锚链的初始张力,可以限制浮箱运动,减小透射系数。     

不规则波浪作用下带腹板型浮式防波堤的水动力特性研究

本文基于福州港松下港区拟建的浮式防波堤开展研究，建立不规则波浪与带腹板型浮式防波堤相互作用的数值模型，通过开展水槽试验，对该模型进行验证。进而对带腹板型浮式防波堤的水动力特性进行模拟分析，讨论波浪透射系数和锚链拉力的影响因素。结果表明，防波堤的消浪性能随吃水深度、腹板高度和浮箱宽度的增大而提升；在入射波浪有效周期接近纵荡自振周期时，锚链拉力显著增大，在浮式防波堤设计中，应使得结构纵荡自振周期远离设计波浪周期。研究结果可为实际工程设计提供参考。     

基于CFD的风电安装船首部砰击载荷分析

以国内某艘风电安装船为研究对象,基于计算流体动力学（computational fluid dynamics, CFD）在规则波（斯托克斯五阶波）作用下,研究其首部砰击载荷随波浪参数的变化,依据波浪高度与波浪长度不同,设计了3组不同波高和5组不同波长,对15种计算工况进行分析。在船首位置取16个观测点,计算各点处的砰击载荷,对不同波浪参数下的砰击载荷进行研究。计算分析得到：风电安装船作业中,随波高增大,船舶首部砰击载荷也增大,随波长增长,砰击载荷呈先上升后下降的趋势,并且当波长等于船长时,砰击载荷峰值达到最大。船首砰击主要是由船舶在波浪中出水、入水所致,因为距水线面越近的观测点受到的砰击载荷越大,所以需要重点加强距水线面近的船首位置。文中所述方法可为后续风电安装船结构强度设计提供一些有益参考。     

半潜式平台横撑波浪抨击载荷下结构强度分析

运用风洞和水池试验结果修正后的数值模型,同时考虑半潜式平台承受的风载荷、流载荷和波浪载荷等共同作用,以及采用锚泊系统的全尺度模拟,以某典型半潜式平台为例,利用Ansys-AQWA软件对半潜式平台横撑在波浪砰击载荷下的响应进行非线性数值分析。针对抨击工况中的10个子工况结果,以90%的Gumble分布值作为最终的平台横撑波浪砰击载荷。并运用此分析结果,结合横撑在总体结构强度的应力分布,分析了半潜式平台横撑在考虑波浪砰击下的结构强度。通过数值模拟研究表明:波浪砰击对横撑的影响很大,在横撑的结构强度分析中应充分考虑。     

基于AQWA的双浮箱-双水平板浮式防波堤水动力分析

运用AQWA软件,针对双浮箱-双水平板浮式防波堤,建立不规则波作用下浮体锚链的耦合模型,研究时域情况下,改变水平板与浮箱的垂直间距,分析浮体运动响应以及锚链受力情况;并深入探讨了不同波浪周期和波高情况下水平板长度对浮体运动响应以及锚链受力的影响.结果表明,增加水平板与浮箱的垂直间距和水平板长度,可以有效减小浮体运动响应和锚链受力.波高和波浪周期是浮体重要的水动力因素,波高越大,波浪周期越长,浮体运动响应越剧烈;当浮体水平板长度达到21米左右时,整个防波堤达到最佳锚泊状态.     

波浪对海上施工平台砰击作用的试验研究II:不规则波

为研究施工平台下表面在波浪场中可能受到的砰击荷载,通过几何比尺为1?50的物理模型试验开展了不规则波对不同倾角和不同高度海上平台的砰击作用三维水池试验研究,讨论了入射有效波高、相对板长、平台净空高度和平台倾角与波浪砰击压强和砰击压力的关系。研究结果表明,平台在不规则波作用下的砰击压强及砰击压力极值具有随机性,经过傅里叶变换,其作用周期与波浪周期一致,并存在明显的高阶成分;5个倾角平台受到的砰击压力随着相对板长的增大而减小,即长波引起的砰击力较大,短波造成的砰击力较小;考虑波浪要素及结构倾角和平台净空高度等因素的影响,给出不规则波作用下固定式海上施工平台下表面受到波浪砰击力有效值的计算表达式,可快速得到平台受到的波浪砰击力,并分析了规则波和不规则波引起砰击力的关系。     

局部波浪振荡对浮式防波堤消波效果影响分析

为获得浮式防波堤腔体内部波浪振荡对其消波效果的影响,基于CFD技术,建立含局部开口腔室结构浮式防波堤内外流场共同作用下的水动力响应数值模拟方法,通过试验数据对比分析,验证数值计算准确性。结果表明,浮式防波堤腔体内部波浪振荡可以有效提升消波效果,但腔内发生大幅波浪共振时,消波效果并不理想。在此基础上,考虑不同腔体模型对腔内波浪振荡和消波性能的影响,研究发现,在本文模型数据范围内,浮式防波堤局部开口腔室个数增多,使得腔内波浪振荡加剧,浮式防波堤消波效果提升。     

浅水单模块浮式防波堤锚泊系统分析研究

针对浅水海域的单模块浮箱式防波堤,利用水动力通用软件ANSYS-AQWA,建立不规则波作用下浮体锚链耦合模型,得到浮式防波堤频域与时域的动态响应。重点分析频域下的六自由度运动RAO,以及利用AQWA的缆索动力学模块,设计对比了拖地长度和预张力不同的锚泊线受力情况,并得到该条件下最优的锚泊系统,对实际工程有参考价值。     

波浪对海上施工平台砰击作用的试验研究Ⅰ:规则波浪

为探究施工平台下表面在波浪场中可能受到的砰击荷载,文章通过几何比尺为1?50的物理模型开展了规则波对不同倾角和不同高度海上平台的砰击作用三维水池试验研究,讨论了入射波高、相对板长、平台相对高度与平台倾角与波浪砰击压强和砰击压力的关系。研究结果表明：规则波作用下波浪对平台的砰击压强及砰击压力具有随机性和周期性,高阶波浪砰击力明显;五个倾角平台受到的砰击压力随着相对板长的增大而减小;考虑波浪要素及结构倾角和平台净空高度等因素的影响,拟合出规则波作用下固定式海上施工平台下表面受到波浪砰击力的计算公式,可为规则波作用下的砰击力快速计算提供有益帮助。     

双排浮式防波堤透射系数分析

为研究双排浮式防波堤的水动力特性,本文通过数值模拟的研究方法,在AQWA软件中建立了双排浮式防波堤的数值模型,对正向入射波与一个双排浮式防波堤单元的相互作用进行了研究。在模型验证的基础上,分析了不同周期波浪作用下,锚链刚度、后箱吃水等因素对浮堤的透射系数的影响。结果表明:相同波浪下双排浮式防波堤的消浪效果要优于单排浮式防波堤。研究双排浮式防波堤的消浪性能,可以为实际工程提供一定参考价值。     

一种新型浮式防波堤的试验研究

浮式防波堤具有不影响相应海域物质交换、造价随水深变化不大等优点，但其消波效果较差且对锚泊系统要求高等因素，减缓了它向实际工程转化的步伐。本研究综合考虑阻挡反射、紊动耗能、波峰耗散多种消波机理，进而提出一种由多菱形模块拼装而成的多孔浮式防波堤结构，并对该结构进行物理模型试验。试验结果表明。该结构型式的浮堤消波效果好且受波浪力小。     

半潜式平台波浪砰击测试方法与载荷特性研究

本文采用模型试验的方法对半潜式钻井平台受到的水平波浪砰击载荷进行了研究.为了克服模型结构动力响应的影响,试验时设计了专用的测量单元用于监测波浪砰击载荷,并采用小波分析的方法对砰击载荷试验数据进行降噪处理.试验结果表明:半潜式平台水平波浪砰击载荷的发生频率和砰击冲量随有义波高的增加而增加,但砰击载荷幅值则体现了显著的非线性和随机性特征,砰击载荷冲量的随机性和发散性则相对较小;平台立柱与箱型甲板连接处的砰击载荷较大,大多数海况下后立柱砰击频率和砰击载荷幅值比前立柱更高.     

多体浮式防波堤消波特性数值模拟

多体浮式防波堤消波特性是决定其应用价值的重要因素,基于三维势流理论,通过使用Ansys Workbench软件和AQWA Graphical Supervisor(AGS)图像后处理软件,对多体浮式防波堤在不同入射角和浮筒吃水深度下的消波效果展开研究。结果表明,在入射角度为90°时,多浮筒浮式防波堤能够最大程度地消减波浪。同时,透射系数随吃水深度的增加而不断减小,但结构稳定性会下降。因此,实际工程中应尽量保证浮式防波堤的迎浪面与波浪的来波方向垂直,这样可以获得较好的消波效果,同时应尽量避免选择吃水深度过大的浮式防波堤。     

浮式防波堤消浪特征研究

在分析各类浮式防波堤消浪机理及影响因素的基础上，将将式防波堤的消波作用概化为1种非线性的输出与输入的泛函，以人工神经网络作用原理建立浮式防波堤透射系数神经网络模型，在波浪槽中用不同类型的浮式防波堤进行多次消波效果的试验，结果表明，浮式防波堤透射系数神系数神经网络模型具有较好的模拟预测效果。