近岛礁浮式平台水动力及运动响应特性研究

根据某近岛礁地形实测数据,基于Solidworks软件完成海底地形和浮式平台的三维建模,建立近岛礁浮式平台三维水动力学模型;开展浮式平台的水动力计算及系泊模式下浮式平台波浪中的运动响应预报,给出了浮式平台的传递函数、系泊缆张力和运动响应;分析了入射波角度、周期及岛礁地形对浮式平台水动力、系泊缆张力分布和运动响应的影响.将数值计算结果与模型试验值进行对比,两者吻合较好,对近岛礁海上浮式结构物的设计有参考价值.     

变化海底地形上浮驳的水弹性响应

在岛礁附近的海底地形通常是不平整的,这种复杂的海底地形也是海洋环境中非常重要的因素。文章利用考虑浅水变深的三维水弹性分析方法计算了一艘浮驳在非均匀海底地形情况下的波激响应及其载荷。通过与均匀水深的对比,复杂海底地形的影响显而易见。通过模态叠加的方法,三维水弹性可以预报规则波下诸如弯矩和应力等波激振动响应,从而得到设计波下对应的载荷。通过在岛礁附近服役的浮式结构物波浪载荷预报可以看出非均匀海底产生了很大的影响,原因是不同的水深和变化的海底地形。而一旦考虑地形,在整个流固耦合分析中,大量的水动力网格就需要借助并行计算来减少计算耗时。     

复杂地形条件下浮式栈桥运动响应的频域分析

为了研究复杂地形条件下浮式栈桥的运动响应,并探讨波浪圆频率及浪向角等因素对浮式栈桥运动响应的影响。论文利用势流理论及波浪绕射/辐射理论对浮式栈桥所处流场的速度势进行了分析,并对复杂海底地形条件下浮式栈桥的运动特性进行了水池试验和数值模拟研究。基于水动力计算软件AQWA,将复杂海底地形作为一个潜体置于海底,进而考虑其与上部浮体及波浪的水动力干扰,从而建立了海底地形-浮式栈桥-波浪水动力耦合计算模型,模拟计算了浮式栈桥在复杂地形条件下的运动响应,并通过水池试验对数值计算结果进行了验证。结果表明,耦合计算模型能够较为准确地预报复杂地形条件下浮式栈桥的运动响应;复杂海底地形条件下浮式栈桥各桥节的运动响应有较显著的差异,且桥节RAOs随浪向角的变化曲线与平坦海底地形条件下的RAOs曲线有一定差异;浅水环境下海底地形对浮式栈桥运动响应和波浪传播特性的影响不能忽视。     

岛礁波浪环境下浮式结构物的动响应预报

中国南海海洋岛礁往往都环绕着宽度数百到数千米、水深很浅的珊瑚礁盘,这些礁盘不仅具有丰富的渔业和旅游资源,而且发挥着消波、护岛的重要作用。为开发海洋资源,可以在岛礁附近布设各种浮体结构物,作为海洋开发、渔业生产、环境旅游等综合保障基地。对于岛礁附近的浮式结构物,其动响应特征必将受到周围复杂的近岛礁海洋环境的影响。文章采用缓坡方程考虑近岛礁波浪环境影响,以半潜式平台为研究对象,开创性地提出了一种工程简化计算方法,用于预报岛礁附近浮式结构物在波浪中的运动与载荷响应,为后续岛礁中型浮体的设计和安全性评估提供了分析手段。     

风浪环境下的岛礁超大浮体水弹性响应分析

在近岛礁和近岸复杂地形环境中,超大型浮式结构物(VLFS)的设计和部署需要解决极端波浪环境下的水弹性响应问题,而台风是引发南海极端波浪的主要原因。本文采用一种多重网格技术来计算岛礁泻湖内的海浪参数,计算结果得到了岛礁实测波浪数据的验证。同时计算了两次台风过境时泻湖内的非均匀波浪参数,作为VLFS水弹性响应分析的入射波条件,将两种极限波浪环境下的VLFS模块运动和连接器载荷进行了对比,可为近岛礁VLFS的结构安全设计与优化提供参考。     

规则波在岛礁浅海区传播的数值模拟

针对岛礁浅海区的复杂地形和波浪环境,通过求解Boussinesq方程,结合区域源造波法,对规则波的传播和演化进行数值模拟,数值计算结果与已有模型试验对比表明,监测点波高计算值与模型试验值总体吻合较好。采用数学插值方法,建立岛礁实际复杂地形的数学模型,对岛礁实际波浪环境进行预报,能够为岛礁浮式平台设计提供波浪环境输入。     

岛礁地形影响下多体浮桥的水动力性能研究

基于AQWA软件,对岛礁地形下带系泊系统的多浮箱浮式栈桥进行了运动响应的数值模拟,并与带岛礁地形模型试验的响应幅值算子(RAO)进行了对比分析,为浮式栈桥在实际海洋环境中的施工和运营安全等作准确预报.研究结果表明,基于AQWA软件,文中数值方法可有效模拟岛礁对多浮体的绕射和辐射等干扰;由于海底地形变化的影响,波浪将发生折射、绕射、反射等一系列的复杂变化,同时海底倾斜会对系泊缆绳张力造成影响,从而会影响浮桥的运动响应.数值模拟岛礁地形影响下多体浮桥的运动响应结果与水池试验得到的数值对比吻合良好.     

岛礁地形上二维波浪传播的数值模拟

波浪在岛礁地形上传播的重要特征之一是波浪的破碎,为了研究近岸岛礁地形下波浪传播特性,本文采用基于Boussinesq方程的FUNWAVE1.0模型,对于二维岛礁地形上波浪的传播过程进行了数值计算,通过数值计算结果与物模实验结果的对比分析,研究了数值计算模型中波浪破碎模拟参数的取值,研究结果可为实际工程波浪破碎过程的模拟分析提供参考。     

基于缓坡方程在岛礁地形上波浪破碎的模拟研究

波浪从深海传至近岸岛礁时,一般需要经过落差较大的礁坪边缘,水深急剧变化,导致波浪在传播过程中发生破碎,因此准确模拟波浪的破碎过程以及破碎后的波高大小,对于岛礁海岸工程建设具有重要的意义。缓坡方程是描述近岸波浪传播变形较好的数值模型之一,文章在采用自适应有限元求解缓坡方程所建立的数值计算模型的基础上,引入描述波浪破碎的模型,建立可以描述波浪破碎影响的近岸波浪数值模型。基于二维岛礁地形上的波浪实验,比较分析了4种不同的波浪破碎能量损失因子,给出了适合于岛礁地形条件下波浪传播破碎模拟的模型。     

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。     

非对称系泊系统作用下浅水浮式海洋平台运动耦合分析

选择地理位置、区域环境较为关键的岛礁,建立浅水浮式海洋平台,具有重要意义。应用在岛礁浅水区域的浮式海洋平台,由于受地理环境限制,很难设计对称式系泊系统。因此,本文设计2种典型非对称式系泊系统布置方案,基于TMA浅水波浪谱理论,对2种非对称系泊系统作用下浮式平台的水动力响应进行时域数值计算,计算结果与对称式系泊系统作用下结果对比分析,获得了非对称系统状态下平台运动响应特点及系泊张力分布特点。     

二维浮式结构物与完全非线性波相互作用数值分析

基于粘流理论、流固耦合理论和自由液面追踪技术——VOF(Volume of Fluid)法,以不可压缩流体的连续方程和N-S方程及结构动力学方程为基本控制方程,利用商用软件ANSYS Workbench的二次开发功能,建立了粘性数值波浪水池,数值模拟了完全非线性波的生成,计算分析了二维浮式结构物遭遇波浪的完全非线性现象,得到了甲板上浪水位高度和结构物的纵摇、垂荡、横摇等运动响应。结果表明:文中的方法可以用于波浪与浮式结构物相互作用的完全非线性数值模拟.     

非对称系泊系统作用下浅水浮式海洋平台运动耦合分析

选择地理位置、区域环境较为关键的岛礁,建立浅水浮式海洋平台,具有重要意义。应用在岛礁浅水区域的浮式海洋平台,由于受地理环境限制,很难设计对称式系泊系统。因此,本文设计2种典型非对称式系泊系统布置方案,基于TMA浅水波浪谱理论,对2种非对称系泊系统作用下浮式平台的水动力响应进行时域数值计算,计算结果与对称式系泊系统作用下结果对比分析,获得了非对称系统状态下平台运动响应特点及系泊张力分布特点。     

数值波浪水池中船舶水动力系数测试与分析技术

以CFD理论为基础,建立了数值波浪水池,给出了一种基于三维数值波浪水池的船舶水动力系数测试与分析技术。对Wigley-III船模在数值波浪水池中受迫振荡进行了数值模拟,计算分析了船体垂荡、纵摇及纵荡运动的附加质量与阻尼,并与三维势流理论计算结果进行了比较,两者吻合良好。此方法能准确给出浮式结构物的水动力系数,细致描述船舶周围的流场,可广泛应用于船舶与海洋工程浮式结构物的水动力性能研究。     

复杂地形下平台水弹性响应研究

在以往的研究中,波浪对浮体的水动力响应作用大多采用有限均匀水深或无限水深情况进行计算,考虑实际复杂地形对浮体性能影响的研究较少,但事实上地形的变化对浮体影响不可忽略,尤其岛礁附近区域珊瑚礁地形复杂,需要考虑地形对波浪场的影响。文章先从简单情况入手,入射波浪采用有限水深均匀入射波,使用有限水深格林函数求解源强,但加入了地形对浮体波浪绕射和辐射的影响。基于这些假定,验证了该方法计算结果的准确性,进而对某浮式平台在复杂地形下的水动力进行计算,并与均匀有限水深的结果进行比较,两者总体趋势吻合。结果表明,地形的存在对低频区运动响应影响较大,相比均匀水深波动较大。该文可以为浮体在实际地形下水动力响应计算研究工作的开展提供一个参考。     

基于LSTM网络的浮式海洋平台运动在线预报研究

海上浮式结构物运动响应的准确在线预报,对保障海上作业安全具有重要意义.本文基于长短期记忆(LSTM)神经网络模型,建立了浮式海洋平台运动响应极短期在线预报方法,可根据波浪时间序列信息对运动响应进行预报.通过半潜式平台模型试验得到大量波浪序列和运动响应数据,利用这些试验数据建立并训练LSTM模型,并对不同的测试工况进行运动预报和分析.结果表明,所建立的LSTM模型针对浮式海洋平台运动极短期在线预报具有较高的预报精度,预报提前量为12 s时,纵荡、垂荡和纵摇预报精度分别高于90％、93％和85％,且模型的计算效率高,每步计算时间为毫秒级,远小于预报提前时间,可以实现运动在线预报.     

新型海底整平清淤平台总强度分析的关键技术

深中通道建设采用了中部大月池开孔的回字形浮式平台用于海底整平清淤工作，基于整平清淤平台的设计开发，分析确定回字形浮体结构设计的控制载荷工况，预报各控制设计工况的波浪载荷，并计算各工况下平台的结构总强度，探讨回字形浮式结构设计应关注的重点关键区域。梳理针对该类型浮式结构总强度直接计算的方法。结果表明，对于带有大开口的回形浮式结构，总强度计算中应重点关注结构整体扭转工况，结构设计中可采用在浮体角隅处设置抗扭箱型结构提高整体的抗扭能力。该研究可为回字形浮式结构或相似海洋工程结构物的结构设计提供参考。     

MIKE21谱模型在台风浪数值模拟中的应用

基于能量平衡模型-SW(Spectral Wave model)对经过琼州海峡的台风浪进行了系统的计算,给出了琼州海峡内台风浪的分布情况及统计结果,对实际工程的建设具有重要的参考意义.SW模型是基于非结构网格的新一代风浪谱模型,可以用于计算风浪、涌浪的成长、衰减和传播;而且可以考虑近岸海底地形和建筑物引起的波浪绕射和反射效应,基本上可以满足局部区域波浪计算精度的要求.     

大尺度浮式结构物波浪荷载计算方法研究

本文依托某桥梁大型沉井,基于三维势流理论,运用流体动力学软件对大尺度浮式结构物波浪荷载进行了计算和分析。将数值模拟的计算结果与规范公式中采用趸船和直墙式建筑物方法计算结果进行比较分析,得出在沉井下沉过程中应采用的工程计算方法,为大型浮式结构物波浪荷载提供理论依据。     

波浪与孔隙结构物相互作用的数值模拟

将Darcy-Forchheimer渗流运动方程引入到N-S方程中,基于计算流体力学开源程序Open FOAM建立了描述波浪与孔隙介质相互作用的数学模型。将所建立的数学模型应用于波浪与孔隙结构物相互作用的数值模拟中,并收集已有物理实验结果与与数值解进行了对比。结果表明,所建立的模型可合理地描述孔隙结构物前后的波浪变形。