船舶靠绑作业系统试验模拟与测试技术

风浪作用下船舶系泊靠绑进行补给、救生与货物转运等作业是一个非常复杂的过程,在波浪水池中进行模型试验,了解靠绑作业系统的运动和受力特性,必须考虑每一个细节.本文针对系泊靠绑模型试验,重点介绍了缆绳、碰垫非线性弹性特性和系泊缆绳上补偿力模拟与测试方法,以及靠绑船舶的运动响应测试,并给出了部分模型试验结果.从模拟的缆绳和碰垫弹性曲线及系泊缆绳上补偿力试验结果来看,文中所用的缆绳、碰垫和缆绳上补偿力模拟方法是成功的,非接触式光学运动测量系统能方便地进行靠绑船舶运动响应测试,可以应用于今后其他类似模型试验中去.     

LNG船岸系泊软件应用

分析LNG船系泊过程中船舶和岸站基础数据的输入,风、流的选择,船型模型的选择,缆绳材质选择以和码头碰垫及LNG船船舷受力等,总结使用OPTIMOOR系泊软件的分析思路、数值输入及注意事项,以期能准确地模拟船只在系泊过程中各缆绳的受力,得到真实可靠的计算结果.     

LNG船对船过驳作业碰垫分析研究

本文梳理了船对船过驳作业两船靠泊产生碰撞能量的计算原理,根据水上LNG行业标准给出了碰垫快速选取和碰垫碰撞能量校核的方法,通过对某东南亚锚地LNG船对船过驳作业碰垫进行分析研究,验证了碰垫快速选取表和碰垫碰撞能量校核方法的适用性。     

公务船海上靠帮碰垫选型浅析

公务船在海上执行任务过程中,会进行人员换乘或物资补给,两船靠帮后的人员换乘和靠帮补给是最直接的方式,而在两船靠帮过程中,碰垫的选择对安全靠帮起着重要作用.该文旨在通过分析研究运输船常用的靠帮碰垫计算和选型方法,根据公务船靠帮作业的特点,并结合碰垫的类型,给出公务船碰垫的选型计算方法,同时对两船靠帮时碰撞能量计算公式的选择提出指导性建议.     

LNG运输船和浮式转接驳间吸附力数值模拟分析

为满足LNG传输作业要求,在作业时LNG浮式转接驳要通过真空吸附装置与LNG船连接,直接计算两者之间的吸附力较为困难,为确定真空吸附装置的选型,采用缆绳模拟两者之间的吸附力,缆绳数值模拟采用悬链式系泊方案,对船舶、缆绳时域耦合进行计算,并主要对计算结果中的缆绳受力及船体运动参数进行分析,得到双船系泊过程中两船连接缆绳的...     

缆绳材质及直径对系泊船舶运动影响的数值模拟

缆绳属性是影响系泊船运动量的重要因素。基于MIKE 21 Mooring Analysis数值模拟软件，对一艘17.7万m3 LNG船进行不规则波横浪作用下的数值系泊试验，通过变化缆绳直径及材质，分析其对系泊船舶运动的影响。结果表明：1）系泊船运动量会受到缆绳材质及直径的影响，主要是由于缆绳刚度的变化。2）系泊船的横移、纵移和回转受缆绳变化的影响较大，均随缆绳刚度的增大而减小。3）升沉主要与入射波浪周期和波高有关，受缆绳刚度影响较小。4）纵摇因为本身运动量较小，变化不明显。5）横摇相对于缆绳刚度改变没有明显的变化规律。     

海上船舶互见中DCPA决策模拟模型

本文在前人研究成果的基础上，提出了船舶领域模糊边界的概念，运用模糊集合论建立了船 舶互见中DCPA决策模拟模型，此模型能模拟船上驾驶人员避碰操纵时的避让行为，故可用于研究和模拟船舶避碰和海上交通等领域的现场实态。     

气垫船操纵性能理论分析

研讨了全垫升气垫船垫态航行时的操纵性.利用所建立的气垫船六自由度仿真系统和航向保持控制系统使气垫船进入稳定直航后,进行了操舵回转特性和螺距差回转特性仿真试验研究,并进行了验证气垫船直线稳定性的回舵试验和航向保持能力的Z形机动试验.最后,对仿真试验结果进行了详细分析,并对气垫船的操纵特点进行了论述.     

两船并靠状态下的运动响应数值模拟研究

针对两船并靠工况复杂,各种运动相互间存在耦合的情况,基于三维势流理论和波浪的辐射/衍射理论,应用多体水动力学软件,建立了船体、护舷和缆绳的模型,开展了两船在风、浪、流作用下的运动响应数值模拟。模拟结果可作为并靠方案设计和优化的参考依据,也可为两船并靠状态下的护舷力学性能计算提供支撑。     

浅水效应下智能技术试验船回转操纵性数值模拟

本文借助STAR-CCM+软件对考虑浅水效应的智能技术试验船回转操纵性进行数值模拟研究。首先对无界流场中智能技术试验船的流体动力性能评估,并且与试验结果对比验证了计算方法的准确性;在此基础上,通过改变智能技术试验船与池底的垂向距离,模拟不同浅水工况下智能技术试验船回转操纵性能。数值模拟结果表明,浅水效应下智能技术试验船侧向力系数显著增大,对应的偏航力矩系数亦有所增加。相关结论可为智能技术试验船浅水航行时安全性能提供指导。     

LNG旁靠FSRU码头系泊的水动力性能试验研究

本文对码头系泊的FSRU和LNG船的水动力性能进行了研究,分别对FSRU单船码头和FSRU-LNGC并排码头系泊进行了模型试验.码头与船和船与船之间均采用系泊缆和靠垫进行连接.试验中考虑了风、流、浪等环境因素对码头系泊系统的影响.在风浪流模型试验中,分别测量了不同海况下系泊系统的动态响应,其中包括FSRU和LNG船的六自由度运动响应、系泊缆张力和靠垫接触力.相比较其它浪向,横浪(90°)引起的船舶运动更大,进而导致系泊缆和靠垫的受力增大.结果还表明,FSRU单船码头系泊在所有海况下安全性较好,但对于LNG船旁靠FSRU码头系泊系统,其对环境的响应非常敏感,尤其是横浪环境.     

风流作用下码头系泊船舶缆绳张力及运动量研究

基于力的平衡关系建立了系泊船舶在风和潮流作用下缆绳张力和运动的计算模型(Qmoor),其中根据船舶类型和吨位确定其水下的迎流面积和水上的迎风面积,由经验性公式计算风、流对码头前船舶的作用力,缆绳张力采用考虑缆绳非线性变形的Wilson公式计算,同时也考虑了护舷的变位与靠泊力之间的非线性关系。计算结果与物理模型试验结果较一致,且与Optimoor软件的计算结果进行了对比。     

Experimental uncertainty of a physical model of a tanker moored to a terminal in a port

This paper presents the uncertainty modelling of experimental results for a physical model of a tanker moored to a terminal inside a port. The physical model was built for an oil terminal at the port of Leixões in Portugal. The model incorporates the new modified port layout, as well as a future 300 m extension of the port outer north breakwater to enhance operational conditions. The physical model tests were performed on a scale of 1:80 in the Portuguese Civil Engineering Laboratory (LNEC). A generic mooring system of four mooring lines and two fenders is simulated using a nonlinear spring system. Decay tests are carried out to evaluate the natural periods of the moored model. Then, tests are carried out for the moored model in waves. The major aim of the experimental study is to obtain novel results for the wave elevation and direction at various locations inside the port, the ship motions at six degrees of freedom, and loads on mooring lines and fenders including the modified port layout. As the physical model measurements are subjected to different types of uncertainties, a systematic uncertainty analysis is carried out here, following ITTC guidelines and recommendations, to quantify all possible sources of uncertainties. The results are discussed, and several conclusions are reached. Based on the experimental results, the presented physical model study may replicate the results for waves and motions with uncertainties less than 9% of the significant amplitudes. The assessment of the applied nonlinear spring model reveals load predictions on the moorings, with uncertainties less than 4% of the maximum mooring loads.     

波浪作用下单体网格式浮架受力的数值模拟

模型试验表明重力式网箱在波浪作用下，单纯浮架的受力贡献比例较大。本文运用波浪理论，通过建立浮架、锚绳及浮子的运动方程，采用五阶龙格-库塔进行数值求解，得到了单体网格式锚碇单纯浮架的数值计算模式。将计算模型简化为四点锚碇，并将计算结果与实验结果进行了比较，二者符合程度较好。在此基础上，比较了单体网格式锚碇与四点锚碇单纯浮架的受力，结果表明网格式锚碇方式浮架受力较小。     

不同系泊模式LNG旁靠超大型FSRU系泊系统设计及水动力性能分析

本文采用规范设计、理论分析和数值仿真相结合的方法,建立LNG船与LNG-FSRU两船旁靠系泊的理论和数值分析模型,对LNG旁靠FSRU码头系泊和软钢臂单点系泊两种典型系泊模式下的转运及卸载作业进行数值分析.同时考虑外部海洋环境风、浪、流组合作用下的综合作业工况,确定FSRU与LNG近距离旁靠作业时系泊设备、缆绳种类、固定式和漂浮式护舷的选型和布置,对LNG、FSRU船的运动特性以及运动过程中缆绳张力和护舷受力开展统计分析,优化系泊系统布置和参数.在系泊系统设计和分析的基础上,根据系泊缆的直径、所受最大张力值,为系泊设备选型提供参考,便于开展码头系泊系统和单点系泊系统布置研究.基于旁靠系泊的设计标准提出LNG-FSRU安全作业的最大允许海况,为LNG-FSRU的运营提供可靠的技术保障.     

浮码头与旁靠船舶的运动响应特性研究

本文基于三维势流理论，采用数值分析方法研究了浮码头与散货船旁靠系泊的运动特性。考虑缆绳和护舷的非线性特性，探求了波浪周期对浮体运动、系缆力的影响规律。研究结果表明：考虑间隙内水体运动影响，旁靠散货船在横浪条件下的纵摇和纵荡运动有所增大。浮码头在计算工况下，缆绳受力较大，在某些工况条件下超出了国际系缆力标准的要求，旁靠散货船的缆绳在计算工况下均未超标，满足要求。研究结果为浮码头系泊系统的设计及工程运营提供理论参考。     

大潮差条件下浮式防波堤锚泊线组合形式的试验研究*

通过物理模型试验研究了在大潮差条件下不同锚泊线组合形式对浮箱式防波堤运动响应和锚链拉力特性的影 响。其中,锚泊系统布置形式采用平行型,组合形式有链+重块、链+重链、链+钢丝绳和链+尼龙绳4种。探讨了不同组合 形式的锚泊系统在大潮差条件下的优劣,给出一种比较适合大潮差的锚泊线组合形式,为实际工程提供参考。     

考虑浮体弹性变形的锚泊系统分析方法

传统的锚泊系统分析方法一般是假设结构物为刚性不可变形的,这种假设对于常规海洋结构物的锚泊系统分析,其精度是可以接受的,然而对于弹性体(比如超大型浮体)来说,这种浮体刚性的假设显然是不合理的.本文基于摄动理论,分别给出了锚泊浮体(同时包括弹性体和刚性体)和锚泊系统的一阶运动方程.分别用三维水弹性理论和Goodman-Iance法求解浮体的动力响应和锚泊线的运动,并给出了两者之间的协调关系.通过数值算例分析表明,对于超大型浮体,其弹性特性对锚泊系统特性的影响是不可忽略的.     

A survey on modeling and control of thruster-assisted position mooring systems

This review presents a systematic summary of the state-of-the-art development of technological solutions, modeling, and control strategies of thruster-assisted position mooring (TAPM) systems. The survey serves as a starting point for exploring automatic control and real-time monitoring solutions proposed for TAPM systems. A brief historical background of the mooring systems is given. The kinematics and a simplified kinetic control-design model of a TAPM system are derived in accordance with established control methods, including a quasistatic linearized model for the restoring and damping forces based on low-frequency horizontal motions of the vessel. In addition, another two mooring line models, i.e., the catenary equation and the finite element method model, are presented for the purpose of higher-fidelity simulations. The basic TAPM control strategies are reviewed, including heading control, surge-sway damping, roll–pitch damping (for semisubmersibles), and line break detection and compensation. Details on the concepts of setpoint chasing for optimal positioning of a vessel at the equilibrium position are discussed based on balancing the mooring forces with the environmental loads and avoiding mooring line failure modes. One method for setpoint chasing is the use of a structural reliability index, accounting for both mean mooring line tensions and dynamic effects. Another method is the use of a lowpass filter on the position of the vessel itself, to provide a reference position. The most advanced method seems to be the use of a fault-tolerant control framework that, in addition to direct fault detection and isolation in the mooring system, incorporates minimization of either the low-frequency tensions in the mooring lines or minimization of the reliability indices for the mooring lines to select the optimal directions for the setpoint to move. A hybrid (or supervisory switching) control method is also presented, where a best-fit control law and observer law are automatically selected among a bank of control and observer algorithms based on the supervision of the sea-state and automatic switching logic.