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。     

现代海水网箱、海洋牧场技术进展及研究方法

本文对现代深海网箱海洋牧场的特点做出总结,展示不同类型的深水抗风浪外海网箱,论述了国外海洋牧场技术发展现状,详细分析了重力式浮式网箱的水动力特性研究的重点、难点问题,总结了网衣系统、浮架系统的和配重系统的水动力性能特点和研究方法,并对近年来深水抗风浪网箱的研究热点和发展方向做出一定展望。     

考虑结构弹性变形的超大型浮体锚泊系统时域耦合分析

通常的系泊系统运动和张力分析只考虑浮体作为刚体的自由度运动。然而,当浮体尺度达到一定程度,浮体会在波浪激励作用下产生弹性变形,弹性变形会对系泊缆的张力产生影响。本文基于浮体三维频域水弹性分析方法和系泊缆静力分析方法,建立锚泊系统时域耦合分析方法,获得更加真实的系泊缆张力特性以及浮体的运动特性,在时域模拟中考虑了风、浪、流环境条件对浮体运动和系泊缆张力的作用,同时根据浮体三维水弹性频域计算结果获取浮体弹性变形在系泊点处产生的位移,建立浮体弹性变形对系泊缆张力贡献的计算方法,并针对一布置于400 m水深海域的超大型浮体,计算了浮体的弹性变形对系泊缆张力的贡献。     

新型干树半潜平台系泊系统的时域耦合分析

我国海洋油气开发正逐步从近海浅水区域不断往远海深水区域发展。随着水深的增加,传统的以锚链为材料,以自重为回复力的悬链线式系泊系统已经不再适用。世界上超深水浮式生产平台基本上都采用张紧式系泊系统,并且中间段采用超轻的聚酯缆材料以降低其施加在平台上的荷载。基于1500米超深水的中国南海环境,开发了一种运动性能良好的新型干树半潜平台。新型平台的系泊系统采用张紧式锚链-聚酯缆-锚链形式。根据平台尺度和环境条件,对系泊系统进行了布置和设计。通过时域耦合方法对系泊系统进行了数值分析,分析结果表明系泊系统强度满足规范和设计要求。     

浮框系泊系统的水动力研究

深水网箱养殖产业在国内发展迅速,但基础理论研究相对落后,在近海风浪条件下的安全可靠性缺乏理论依据.本文对深水网箱实际工况进行简化,得到简化的浮框系泊系统的水动力模型.通过力学分析,推导出的浮框模型的6自由度方程并编制了数值模拟程序,得到浮框系泊系统的水动力特性,发现锚绳仰角偏大的现象并提出了解决方案,为网箱等飘浮性结构物的水动力计算提供了依据.     

重力式网箱锚碇形式优化的研究

基于深水重力式网箱常用的锚碇形式,借助物理模型试验的方法,对四点锚碇式、正向网格及斜向网格三种锚碇形式的网箱在不同海况条件下的锚绳受力状态进行了分析,得出了正向网格式锚绳具有较好的受力特性,故可考虑在深水网箱养殖中使用.     

基于Orcaflex的张力腿网箱水动力分析

基于凝集质量法和等效网目法对网衣进行等效处理,利用大型水动力分析软件Orcaflex建立张力腿网箱模型,求解分析在波浪作用,海流作用以及波、流联合作用三种外载荷情况下张力腿网箱浮于水面以及下沉两种工况的网箱系泊缆有效张力变化情况。分析结果可作为张力腿网箱安全建设的理论依据并对张力腿网箱模型在海洋工程中的应用具有一定参考价值。     

纤维系缆动刚度特性研究

随着海洋油气开发向深海转移,新型绷紧式系泊系统凭借其在深水应用中表现出的诸多优越性而倍受关注。文中对聚酯纤维系缆的应力应变关系进行了考查,基于弹性模量的经验公式,推导出无量纲的动刚度计算公式,采用误差控制的迭代求值方式求解单根系缆动刚度。该理论计算方法较之于有限元数值计算方法更简洁快速。选取了一座工作水深为1500 m的新型单柱式（Spar）平台,计算系泊系统单根系缆的动刚度和张力,并与有限元计算结果进行对比,二者非常吻合。     

张力缆系泊浮体的数值波浪水槽时域模拟

为了能够快速真实地模拟波浪与张力缆系泊浮体相互作用问题,基于二维边界元格式建立了线性条件下的数值波浪水槽,并以此为基础对张力缆系泊浮体与波浪相互作用问题进行了时域数值模拟。张力缆的作用以系泊刚度的形式表达。与其他学者的相关研究结果对比表明该计算程序是可靠的,该方法可以为相关海洋工程的设计研究提供有利的参考。     

海上半潜式浮式风机平台系泊系统对比研究

选取5MW-OC4深水半潜式浮式风机平台为参考模型,利用AQWA软件建立半潜式浮式风机平台模型,在频域范围内计算浮式风机平台运动响应,得到平台幅频响应曲线,以验证数值分析的可靠性。选取3种浮式风机平台系泊系统,对比研究系泊系统改变对浮式风机平台运动响应的影响规律,同时分析极端环境条件下单缆失效对浮式平台运动响应及系泊缆张力的影响。计算结果对浮式风机平台系泊系统的优化设计有一定的参考意义。     

不规则波和流下的重力式网箱水弹性响应研究

文章对重力式网箱在不规则波和流作用下的水弹性响应分析进行了研究,通过有限元方法建立实尺度网箱模型并对网箱的运动和变形进行了分析。在数值模型中,通过非线性弹簧单元和Truss单元来模拟锚链和渔网结构,通过若干耦合的梁按照"浮力分配法"来计算浮圈的瞬时浮力。基于这个计算模型,文中充分研究了当网箱处于波流载荷下,浮圈的各阶弹性体模态所占权重。结果显示,当有义波高增大时,在垂直方向上会激发出更多的浮圈弹性体模态,而流则主要影响水平方向上的刚体模态。     

波浪和海流对浮式海洋牧场的作用（英文）

The paper is partly a review on hydrodynamic and structural aspects of fish farms. In addition, new numerical results are presented on the stochastic behavior of bending stresses in the floater of a realistic net cage in extreme wave conditions. The behavior of traditional-type fish farms with net cages and closed fish farms in waves and currents is discussed. Hydroelasticity can play a significant role for net cages and closed membrane-type fish farms. The many meshes in a net cage make CFD and complete structural modeling impracticable. As an example, a hydrodynamic screen model and structural truss elements are instead used to represent the hydrodynamic loading and the structural deformation of the net. In addition, the wake inside the net due to current plays an important role. The described simplified numerical method has been validated by comparing with model tests of mooring loads on a single net cage with two circular elastic floaters and bottom weight ring in waves and currents. It is discussed which parts of the complete system play the most important roles in accurately determining the mooring loads. Many realizations of a sea state are needed to obtain reliable estimates of extreme values in a stochastic sea. In reality, many net cages operate in close vicinity, which raises questions about spatial variations of the current and wave environment as well as hydrodynamic interaction between the net cages. Live fish touching the netting can have a non-negligible influence on the mooring loads. It is demonstrated by numerical calculations in waves and currents that a well boat at a net cage can have a significant influence on the mooring loads and the bending stresses in the floater. The latter results provide a rational way to obtain operational limits for a well boat at a fish farm. Sloshing has to be accounted for in describing the behavior of a closed fish farm when important wave frequencies are in the vicinity of natural sloshing frequencies. The structural flexibility has to be considered in determining the natural sloshing frequencies for a membrane-type closed fish farm. Free-surface non-linearities can matter for sloshing and can, for instance,result in swirling in a certain frequency domain for a closed cage with a vertical symmetry axis.     

深水半潜式钻井平台码头抗台风系泊计算分析

深水半潜式钻井平台在码头舾装的周期较长,为确保安全,需对其码头系泊系统进行计算,以得到合理的系泊布置方式。以某深水半潜式钻井平台的码头系泊系统为例,进行风、流载荷共同作用下的抗台风系泊计算分析,建立了多浮体混合带缆系泊系统。     

Towards a holistic digital twin solution for real-time monitoring of aquaculture net cage systems

Digital twins and relevant concepts are being applied in a wide variety of ways, and they are of most use when an actual real-world physical system or process (a physical twin) is changing over time and when measurement data correlated with this change can be captured. In this work, a digital twin model was implemented for real-time monitoring of aquaculture net cage systems, which is notoriously challenging because of several difficult-to-measure properties, such as forces on and deformation of the flexible netting structures, waves and flow field alterations around the cage and complex stiffness behaviour of the mooring elements made by fibre ropes. These properties were set to be adaptable according to the resultant outputs, such as cage responses and mooring loads that were continuously compared with the measurement data obtained from remote monitoring sensors. In this way, real-time sensor data were assimilated into the numerical simulation model for representing the actual net cage system. No dedicated sensors were used for fish monitoring, but the fish behavioural responses to current, wave and cage deformation were modelled according to relevant field observational data. A wireless sensor network has also been tested for the digital twin implementation, which was found to be suitable for practical uses in fish farms.     

深海系泊浮体物面非线性时域耦合动力分析

文章基于三维时域势流理论和弹性细长杆理论,研究并提出了深海系泊浮体物面非线性时域耦合动力分析方法。该方法采用时域物面非线性理论方法在瞬态位置直接时域模拟系泊浮体所需水动力,结合有限元方法计算系泊缆索的动力响应,利用异步耦合方法实现浮体和系泊缆索的时域耦合动力求解。既满足系泊浮体时域水动力耦合,又满足系泊浮体和系泊缆索动力耦合。通过对二阶非线性不规则波作用下深海系泊半潜式平台的时域耦合响应特性进行研究,将不同海况下物面非线性时域耦合静力响应和动力响应与间接时域耦合动力响应的三种方法计算结果进行比较。研究结果表明,系泊缆索动力响应明显,平台瞬态空间位置对垂荡低频运动影响较大,有必要在平台瞬时湿表面采用动力响应方法进行深海系泊浮体时域耦合响应分析。     

深水网箱浮框系统的水动力研究

对深水网箱实际工况进行简化后,得到简化的浮框系统水动力模型。通过力学分析,推导出浮框模型的运动方程,以此编制数值模拟程序,可得到浮框模型在纵移、垂荡、纵摇的运动情况及迎流面、背流面系缆张力的大小,发现锚绳仰角偏大,对该现象提出解决方案。     

锚链预张力对FDPSO运动响应的影响

作为一种综合性浮式平台,浮式钻井生产储油船简称FDPSO,具备石油钻探、生产、储备等功能,是在浮式生产储油船的基础上发展而来.FDPSO主要工作于海况比较恶劣的深水海域,因而如何准确预报FDPSO的运动响应和锚链的预张力非常必要.本文基于时域耦合方法对FDPSO运动响应和锚链的预张力进行预报,在此基础上将数值结果与试验结果进行对比以验证理论计算的可靠性.通过改变锚链线的预张力来研究预张力对FDPSO运动响应的影响.文中提供了运动响应的时历曲线和响应谱,并对比分析其中的异同,结果表明锚链预张力对纵荡、横荡和横摇运动的响应影响比较大.     

大型无动力船舶防台系泊系统系缆技术*

防台单点系泊系统是解决大、中型无动力船舶防台锚泊问题的有效途径,而实现防台系泊系统的关键之一是设计简易、实用、可靠的系缆技术.通过对系缆介质、系船环和系缆工艺等方面的综合论述,介绍一套适用于防台系泊系统的系缆技术.