锚泊线的动力分析

本文应用频率域方法,研究波频运动引起低频慢荡阻尼力问题中锚泊线所引起的力。锚泊线所引起的阻尼,在本质上与其和运动间的初相位角有关。该相位信息需从频域分析得出。本文应用摄动理论推导了到二阶的锚泊线张力响应函数。算例以及与相应的时域的结果比较,可以看出应用频域摄动分析的结果在假设适用范围内与时域得到的结果基本相符。     

单点锚泊船锚链线水平摄动分析

为研究单点锚泊船在外力作用下的低频运动锚链线的恢复性能的问题,利用锚链线的静力特性推导出锚泊线方程,考虑水深、水平位移、单位锚链重与水平作用的关系,同时通过水平作用力与顶端水平位移进行参数摄动分析,以偏微分的方法推导了锚泊线恢复性能系数方程,并结合水平力参数摄动法分析锚泊线的恢复作用性能。计算结果验证了恢复系数具有明显的非线性,所得恢复性能方程及摄动分析结论对工程实践及锚泊(防走锚)预警系统的理论研究具有一定的参考意义。     

慢漂运动下多成分锚泊线阻尼参数研究

锚泊线提供的阻尼力对平台耦合运动特别是慢漂运动响应有显著影响。以应用于工程的多成分锚泊线为研究对象,阐述了锚泊阻尼的定义与研究方法。借助海工软件Orca Flex进行时域非线性动力分析,选取上部平台慢漂运动的周期与振幅、流速大小与流速分布形式、锚泊线拖曳力系数、附加质量系数,研究锚泊阻尼与它们的关系,探讨锚泊线各成分贡献阻尼受水动力系数变化的影响。结果表明除附加质量系数外,其余参数对锚泊阻尼有较大影响,钢链成分锚泊线贡献阻尼对水动力系数改变较敏感。本文结论可为海洋浮式平台锚泊系统设计提供参考。     

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.     

锚泊线的时域及频域动力分析

本文提出了锚泊线动力分析的一种计算方法，即应用摄动法对非线性锚泊线动力方程作摄动展开，将得到的一阶摄动方程在频率域内求解；然后对频率域解－频率响应函数作Ｆｏｕｒｉｅｒ反变换，得到时域内的脉冲响应，再根据给定的输入计算时域响应历程。本文还介绍了为验证这一方法所进行的模型试验。通过模型试验得到了锚泊线的频率响应函数，与理论计算基本符合。     

浅水中OSV锚泊定位分析研究

本文采用数值计算方法对浅水中海洋平台支持船(OSV)的锚泊定位性能开展研究.首先,基于三维频域势流理论,对一艘OSV不同水深的水动力性能开展分析,计算了水动力系数、运动幅值响应算子、一阶波浪力和二阶波浪力.由于浅水中非线性效应显著,本文采用中场公式计算了该OSV全二阶波浪力传递函数(Full Quadratic Transfer Function,简称全QTF).然后,本文对不同水深下锚泊系统的水平刚度开展了分析,计算了不同水深下锚泊系统的水平刚度,研究了水深对锚泊系统水平刚度的影响.最后,采用准动态方法对不同水深下的OSV和锚泊系统开展时域分析,研究了水深对船体运动性能和锚索张力的影响.     

深水二维对称式布置两成分锚泊线时域动力分析

深水作业海上浮式结构物的锚泊定位系统由锚链或锚索等成分进行约束,由于锚泊线的几何非线性,外界环境作用力的非线性和系泊浮体的运动的非线性给锚泊系统的回复力和位移的计算分析带来困难。此外,多种材料成分组成的多成分锚泊线的使用在推动了锚泊系统的深水应用和发展的同时也给锚泊系统的设计带来困难。本文采用设计波理论结合有限元方法进行两成分锚泊线的动力分析,考虑导缆孔处系泊结构物运动的影响。并将结果与单一成分锚泊线计算结果作比较分析,得到有益结论。     

锚泊线一阶运动响应对二阶锚链阻尼的影响

本文主要研究锚泊线的一阶运动响应对二阶锚链阻尼的影响。在频域内采用摄动方法分析系泊结构物慢漂运动时,锚链二阶方程可分解成非齐次方程和齐次方程。其解分别与锚链的一阶运动响应和浮式结构物的二阶运动有关。为了探讨锚泊线一阶运动的影响,本文通过求解非齐次和齐次方程,分别求得相应的二阶锚链阻尼和二阶锚链力。从计算结果可以看出,尽管由非齐次方程得到的二阶锚链力占总的二阶锚链力成分很小,但其所提供的二阶锚链阻尼却与二阶齐次方程解同量级。故在分析二阶锚链阻尼时,不能忽略非齐次方程解的影响。     

深水复合锚泊线动力特性比较分析

为了研究复合锚泊线的动力特性,文章对完全相同的两根复合锚泊线,保持其他条件不变,用聚酯纤维系缆代替钢索,使锚泊线顶端张力-静位移特性曲线基本一致,然后采用数值模拟的方法对整根复合锚泊线的动力特性进行比较分析。比较两种复合锚泊线的自振频率、复合刚度和锚泊阻尼。建立复合锚泊线的二维非线性有限元动力分析模型,基于Del Vecchio(1992)提出的经验公式,采用迭代的方法计算复合锚泊线的刚度,比较上部平台分别发生慢漂和波频运动时刚度的变化。锚泊线和海床之间的接触作用基于刚性海床假定,基于Morrison公式计算锚泊线的惯性力和拖曳力荷载,给定上部平台运动时程后在时域范围内进行复合锚泊线的动力分析,通过计算锚泊线从平台运动中吸收的能量,得到锚泊系统的阻尼,比较上部平台分别发生慢漂和波频运动时阻尼的变化。     

基于改进广义α算法的锚泊线动力分析

针对锚泊线的非线性特性,采用三维弹性杆理论推导锚泊线的控制方程,并应用迦辽金法将方程离散成适用于锚泊线动力分析的微分方程形式。针对锚泊线上端受高频一阶波浪力的扰动作用显著的特点,提出采用具有可控数值阻尼,能够有效地滤除高频响应的广义α算法对锚泊线进行动力分析,并在原有广义α算法的基础上,提出适用于变质量系统的改进型广义α算法。同时分别从理论研究和实例分析角度将广义α算法与传统的Newmark算法进行对比,结果表明广义α算法在稳定性,准确性及数值阻尼特性等方面均具有优势。     

远海作业锚泊定位大型抓斗船时域耦合分析

在环境复杂、作业水深较大的远海开敞海域进行作业时,大型抓斗船需采用锚泊定位方式,且船体运动响应受风浪影响较大。同时,在抓斗提升和旋转过程中,抓斗运动速度快,提升质量大,抓斗出水时全船所受载荷发生瞬时变化,加上复杂环境载荷的作用,对船舶安全具有很大影响。以适用于远海开敞海域、采用锚泊定位方式的200m3级大型抓斗疏浚船为研究对象,建立了船舶的水动力计算模型,对其运动响应RAO和载荷RAO进行了计算分析。考虑船舶主体、抓斗及锚泊系统之间耦合作用的影响,对抓斗作业时提升和旋转过程中船舶运动响应和锚泊线张力进行时域动力分析,得到了该船动力载荷结果,为后续的设计工作提供基础。     

FPSO组合运动对锚泊阻尼影响研究

应用时域全动态有限元法,探究了系泊式海洋结构物在一阶与二阶波浪力共同影响下产生低频运动与波频运动的组合运动响应时,锚泊阻尼特性变化以及主要参数对锚泊阻尼的影响,主要参数为海流速度和锚泊线预张力,从而得出加入波频运动后其对锚泊阻尼的影响趋势,以及在组合运动背景下,相关参数改变对锚泊阻尼的影响.结果表明:相对于低频运动成分,波频运动成分对锚泊阻尼影响十分显著,成为决定锚泊阻尼大小的主要因素;在组合运动背景下的参数研究与单一低频运动下所得到的结论相比,流速改变对锚泊阻尼的影响可以忽略,但对锚泊线预张力的影响很大.在以往单一低频运动下进行锚泊阻尼分析的基础上,文中对组合运动下的锚泊阻尼进行了系统性研究,并在组合运动背景下进行锚泊阻尼参数研究,为锚泊系统设计提供了更实际的参考.     

大型非自航绞吸挖泥船极限海况单锚系泊设计

基于三维势流理论,对某大型非自航绞吸挖泥船开展频域水动力性能计算,包括运动幅值响应算子和二阶波浪力传递函数等,采用时域耦合数值分析方法计算不同工况下单锚系泊的绞吸挖泥船的纵荡运动响应,得出锚泊线张力随时间变化的规律,依据DNV规范对锚泊线张力时域数据进行统计分析处理,得出锚泊线的最大张力值。结果表明,由于二阶低频波浪力作用引起的船体纵荡运动幅值增大,进而诱导锚泊线张力的增大,对绞吸挖泥船单锚系泊设计带来严重的安全隐患,因此,单锚系泊时需重点考虑二阶低频波浪力的影响。     

深水悬链复合锚泊线疲劳损伤计算

以某座Spar平台的锚泊系统为研究对象,首先利用三维绕射理论计算Spar平台主体波浪力,得到平台的总体运动响应时程。再建立复合锚泊线的二维非线性有限元动力分析模型,基于DelVecchio(1992)提出的经验公式,采用迭代的方法计算复合锚泊线的刚度。锚泊线和海床之间的接触作用基于刚性海床假定,基于Morrison公式计算锚泊线的惯性力和拖曳力荷载,根据计算得到的平台主体运动响应时程作为锚泊线顶端输入条件,在时域范围内进行复合锚泊线的动力分析。计算得到中国南海某海域各短期海况条件下复合锚泊线应力的时间历程曲线,采用雨流法对其计数得到对应于各短期海况条件下的疲劳载荷谱。最后根据Miner线性累积损伤模型,对复合锚泊线在长期海况条件下的疲劳损伤进行比较计算。     

全方位推进器水动力性能理论预报

本文应用升力线理论建立了全方位推进器水动力性能计算的数学模型，对其在非定常情况下水动力性能计算进行了理论推导，分析了推进器各参数对水动力性能的影响。数值计算结果表明，本文的全方位推进器水动力性能理论预报方法计算值和实验值吻合良好。     

全方位推进器水性能理论预报

本文应用升力线理论建立了全方位一推进器水性能计算的数学模型，对其在非定常情况下水动力性能计算进行了理论推导，分析了推进器各参数对水性能的影响。数值计算结果表明，本文的全方位推进器水动力性能理论预报趱实验值吻合良好     

FPSO锚泊系统动力响应影响因数分析

基于三维势流理论,建立了FPSO与锚泊系统时域耦合分析方法。在时域内对设计好的锚泊系统进行动态分析,并验证了锚泊系统设计的安全性。然后对比研究了系泊线夹角、预张力、转塔位置、拖曳力系数等重要参数对FPSO锚泊系统动力响应的影响,并讨论了悬链线式和张紧式两种系泊方式的区别。总结出了这些参数的影响规律,为锚泊系统动力响应的优化提供了参考意见。     

风浪流作用下半潜平台水动力及其锚泊系统响应分析

针对某半潜平台主体和锚泊系统建立整体水动力模型,基于势流理论,在频域内计算平台在不同浪向下规则波中的水动力及其运动响应;在时域中计算张紧式系泊系统在风、浪、流联合作用下的非线性耦合运动响应,与悬链线系泊系统进行对比分析,结果表明,该半潜平台在高频范围内运动性能良好;深水环境中采用张紧式系泊要比悬链线系泊有优势。     

极浅水多体波浪能发电装置锚泊系统设计

采用三维势流理论对多体波浪能发电装置进行频域水动力计算,分析极浅水效应和多体间相互作用对单体发电装置的水动力性能的影响。利用Orcaflex软件建立多体波浪能发电装置数值模型,浮体间采用铰接进行连接,并利用弹簧单元模拟发电液压缸的弹性阻尼作用。为极浅水多体波浪能发电装置设计合理的锚泊方案,采用时域动态耦合方法进行分析,同时考虑极浅水效应、多体影响和二阶低频力,根据API规范对自存工况下的锚泊缆强度进行校核,并对确定选用的锚泊方案进行敏感性分析。通过对计算结果进行分析,发现在进行浅水多浮体锚泊设计时,低频波浪载荷、多体相互作用和海底摩擦不可忽视；对于极浅水的锚泊系统设计,Lazy wave 型锚泊形式优于传统悬链线式锚泊。上述研究工作为近海极浅水海域新型海洋能发电装置锚泊系统的设计提供了新的参考和思路。     

极浅水多体波浪能发电装置锚泊系统设计

采用三维势流理论对多体波浪能发电装置进行频域水动力计算,分析极浅水效应和多体间相互作用对单体发电装置的水动力性能影响。利用Orcaflex软件建立多体波浪能发电装置数值模型,浮体间采用铰接进行连接,并利用弹簧单元模拟发电液压缸的弹性阻尼作用。为极浅水多体波浪能发电装置设计合理的锚泊方案,采用时域动态耦合方法进行分析,同时考虑极浅水效应、多体影响和二阶低频力,根据API规范对自存工况下的锚泊缆强度进行校核,并对确定选用的锚泊方案进行敏感性分析。分析计算结果发现:在进行浅水多浮体锚泊设计时,低频波浪载荷、多体相互作用和海底摩擦不可忽视;对于极浅水的锚泊系统设计,Lazy wave型锚泊形式优于传统悬链线式锚泊。研究工作为近海极浅水海域新型海洋能发电装置锚泊系统的设计提供了参考和新思路。