大型绞吸船桥架波浪补偿系统应用研究

文章分析应对恶劣海况作业所需的大型绞吸挖泥船桥架波浪补偿系统原理,并基于目标船型的特性对其补偿系统进行载荷分析,开发了桥架波浪补偿系统。此解决方案应用于实船建造,达到了大型绞吸船在恶劣海况下的稳定作业和安全施工的目的。     

主动波浪补偿起重机控制系统设计

为实现用于船—船并靠补给起重机的主动波浪补偿功能,文章提出了一种基于双船动态姿态测量的控制方法,并根据该方法设计了控制系统应用于50 t主动波浪补偿起重机。经过工厂试验和海事试验验证,起重机的补偿精度达到了95%。     

船用波浪补偿稳定平台的稳定性研究

对于船用波浪补偿稳定平台,由于机构复杂,耦合度/非线性高,因此建立准确的动力学模型是实现补偿稳定控制的前提。论文研究的波浪补偿稳定平台以Stewart平台为主体,基于其机构的特点及运动耦合性,通过欧拉角坐标转换法,运用运动学逆解分析其运动特性,求得机构的Jacobi矩阵;采用Lagrange方程从能量的观点求出机构完整的动力学方程,得出"惯量"为主要的耦合量;运用微分几何控制法解耦,得到上平台的运动规律。通过理论仿真与试验分析,验证了所建的动力学模型的正确性,为实现波浪补偿稳定平台高精度解耦控制提供了重要的理论依据。     

耙吸式挖泥船新型波浪补偿装置

耙吸式挖泥船在海上工作时，由于海浪的作用，船舶产生上下颠簸，但水下吸泥的耙头必须克服波浪起伏的影响，始终贴着海床移动。所以每艘船都少不了耙头绞车的波浪补偿装置。传统的补偿系统一直采用液压蓄能器组作弹性补偿。然而，随着挖泥船总体水平的不断发展以及施工要求的不断提高，传统型的波浪补偿装置已无法满足要求。所以需要开发新一代的波浪补偿装置。     

船用起重机波浪补偿技术研究

船用起重机是海上运输物资补给船舶间输转的重要设备，解决因波浪引起的吊运物资相对接收船甲板的升降变速和摇摆对于提高物资补给速度和安全性有重要意义．本文介绍了现有的几种波浪补偿技术及美海军在这项技术领域的部分研究成果，并初步提出一种主动式波浪补偿控制技术．     

二次调节波浪升沉补偿液压系统设计

为实现二次调节技术在波浪升沉补偿起重机的应用,分析二次调节升沉补偿原理,提出一种液压系统关键参数设计计算方法,并根据该方法设计出波浪升沉补偿起重机工程样机,样机试验结果表明,针对陆上模拟波浪升沉信号输入,最大位置补偿精度偏差小于10%;相同补偿波浪升沉参数下,负载增加会导致位置补偿精度下降。     

两船波浪中并靠补给相对运动模型试验研究

为了设计和实现一种辅助舰船并靠补给的波浪补偿辅助系泊系统,采用接触式测量方法对波浪中并靠两船的相对运动特性进行了模型试验。在4种不同有义波高情况下,对并靠两船在不同的浪向和波浪周期下三个方向的相对运动幅值特性进行试验研究,得出波浪中并靠两船的相对运动特性。     

波浪数物耦合模型的一种新的信号滤波方法

以二维波浪传播数模与物模耦合模型规则波低频滤波问题为研究对象,采用摄动法建立了线性补偿滤波方法。耦合模型中,数值模拟采用基于改进Boussinesq方程的三角形网格有限元模型,物理模拟采用推板式造波机。文中分析了耦合模型信号滤波的目的和目标,并通过造波信号频域的分析,对比了文中方法与传统方法在信号稳定性方面的效果,通过波浪耦合模拟实验对比了波面的数模与物模结果。实验结果表明,与传统方法相比,文中方法能有效解决造波信号的慢漂和计算值偏小的问题,信号更加稳定,耦合误差更小。     

破损船舶的拖航研究

由于没有有效的拖航方法，如“开拓者”号那样的油泄漏事故，在过去也屡有发生。在油轮Braer的原油泄漏事故中，由于主机问题导致拖航失败，该船漂浮到了苏格兰海岸，造成了95 000 000L原油的泄漏。日本需输入大量原油、液化气和输出国内生产的化学品。海域是原油运输的航道，因此日本和外国油船的来往频繁。由于在日本四周的波浪较大，特别在冬天很大，这可能引起船的老化或发生主机故障，一部分遇难船也会引起油泄漏、碰撞、污染及大火。为了建立拖力估算法和拖航方法，使用几何相似船模在拖航试验中研究了损伤船和破损船的拖缆张力，以及拖航的不稳定运动。在静水和波浪两种情况下进行拖航试验。在静水中计算了不同的工况，如拖航方向、拖速、船状态和拖点等拖航阻力系数。还把规则波中与横荡和首摇幅值及首摇周期有关的不稳定运动与静水中运动进行比较。可知在波浪中的不稳定运动与拖速小于6km(实船)的静水情况相比较是小的。首摇周期近似于波浪周期，与拖航过程的船状态无关。拖航阻力正比于拖速的三次方，而不是二次方，特别当拖航计入破损舱内的水质量的破损船时更是如此。     

深海作业船体的波浪补偿控制系统设计

在深海打捞作业的过程中,很容易受波浪因素影响,使得作业船体起重钢绳发生断裂的几率较高,增加了安全事故发生几率。针对这一问题,将波浪补偿方法应用于其中十分有必要。然而,传统方式的补偿效率并不高,必须要对新型的补偿控制系统加以设计。本文研究了波浪补偿平台系统的工作原理,并对位移补偿装置加以构建,以确保船舶在海上航行的过程中可以对恶劣的海况予以克服,实际平稳运行。最重要的是,在波浪补偿平台系统的作用下,对补偿控制参数进行补偿。     

半潜式平台耦合动力响应分析

由于海洋这一特殊的环境,半潜式平台在海上会受到风、浪、流的联合作用,使得半潜式平台产生六自由度方向的运动,影响平台的作业,因此,进行平台运动响应预报及系泊线强度校核就显得尤为重要。本文选择在1000 m水深的情况下,分别在时域和频域条件下对半潜式平台运动响应进行数值模拟,预报在频域和时域条件下半潜式平台运动响应,并对比分析在时域条件下不同风、浪、流组合工况下平台升沉运动幅值,计算设计的平台系泊线拉力,并进行强度校核。     

波浪运动补偿平台广义升沉位移的实时预报

具有波浪运动补偿功能的稳定平台可有效减少船舶在风浪中的摇摆和升沉运动对某些海上作业和设备的影响.为了有效地进行波浪运动补偿,需要对该平台的广义升沉位移(横摇、纵摇以及升沉的耦合作用结果)进行极短时预报.本文采用时间序列分析理论中的自回归(AR)模型作为预报模型,对波浪运动补偿平台的广义升沉位移进行极短时预报.在以往的研究中,通常采用递推最小二乘法AR模型进行在线参数估计.但是采用递推最小二乘法进行参数估计容易引起参数爆发,从而影响AR模型的稳定性.针对该问题,本文采用阻尼递推最小二乘法对AR模型进行在线参数估计,并结合实验获得的平台控制点的广义升沉位移数据进行实时建模预报.仿真结果表明,采用阻尼递推最小二乘法进行参数估计能抑制参数爆发,并能提高AR模型实时预报精度.     

规则波中半潜式平台水动力的时域数值模拟

能在时域内准确求解三维波物相互作用问题的水动力对不规则波问题中的时域数值模拟具有很大的吸引力,为了研究应用时域理论对三维波物相互作用问题,采用基于Rankine源的边界元法计算每一时刻的流场,在自由面上采用积分格式的自由面条件(Integral-Form of Free-surface Boundary Condition,IFBC);在远方控制面上采用多次透射边界条件(Multi-Transmitting Formula,MTF).文中讨论了基本参数对浮体受力的影响,同时对截断圆柱和半潜式平台的水波绕射问题进行了时域模拟,并将数值结果与频域结果进行了比较.结果表明,采用文中方法得到的数值结果准确、稳定和高效.     

漂浮式海洋能平台运动响应耦合预报研究

随着海洋工程向远海发展,漂浮式海洋能平台的运动响应预报问题成为研究的热点之一.本文以漂浮式海洋能平台为研究对象,首先基于间接时域法,建立浮式平台时域运动方程,然后基于悬链线理论和全矢量形式的三维集中质量法,建立系泊系统运动方程.在使用自行开发的计算程序对以上方程进行求解获得初值后,以系缆和浮式平台的受力和位移作为2个运动方程的交互输入与输出,建立浮式平台与系泊系统的全耦合计算方法.最后对简化的浮式海洋平台进行计算,分析载体平台的运动响应和系缆受力情况.本文可为解决相关工程问题提供参考和借鉴.     

Nonlinear random motion analysis of coupled heave-pitch motions of a spar platform considering 1st-order and 2nd-order wave loads

In this study, we consider first- and second-order random wave loads and the effects of time-varying displacement volume and transient wave elevation to establish motion equations of the Spar platform’s coupled heave-pitch. We generated random wave loads based on frequency-domain wave load transfer functions and the Joint North Sea Wave Project (JONSWAP) wave spectrum, designed program codes to solve the motion equations, and then simulated the coupled heave-pitch motion responses of the platform in the time domain. We then calculated and compared the motion responses in different sea conditions and separately investigated the effects of second-order random wave loads and transient wave elevation. The results show that the coupled heave-pitch motion responses of the platform are primarily dominated by wave height and the characteristic wave period, the latter of which has a greater impact. Second-order mean wave loads mainly affect the average heave value. The platform’s pitch increases after the second-order low frequency wave loads are taken into account. The platform’s heave is underestimated if the transient wave elevation term in the motion equations is neglected.     

风浪流成长全过程单点系泊FPS O运动低频响应极值研究

为了探求风浪流成长全过程对应的单点系泊FPSO低频响应极值,应用三维势流理论及非线性时域耦合分析方法,研究了单点系泊FPSO低频运动响应与风浪流入射角度之间的关系,得出了给定风浪流大小前提下最危险的入射角度,计算了风浪流载荷在发展、顶峰、消亡各不同阶段对应的船体低频运动响应极值。结果表明：单点系泊FPSO低频响应与风浪流入射角度密切相关,且响应最大值可能并不出现在有义波高、风速、流速最大的顶峰时期,而可能出现在有义波高、风速、流速较小但风浪流入射角度呈强非线性的发展或消亡阶段。因此,在研究单点系泊FPSO的低频响应极值时,必须考虑风浪流成长过程中的发展和消亡阶段。文中考虑了易被忽略的风浪流成长过程中入射角度呈强非线性的发展和衰亡阶段,为单点系泊FPSO低频响应特性的分析提供了有益参考。     

Truss Spar平台总体结构强度分析

在南海百年一遇海况条件下,综合考虑风、浪、流载荷的联合作用,在频域范围内计算平台的纵摇和横摇极值响应以及锚缆的张力。根据不同浪向下的结构应力谱分析确定的设计波参数,基于三维势流理论和Morison公式计算一阶波浪力,采用规范推荐的公式计算风、流载荷。在准静力条件下,根据ABS规范推荐的强度准则,针对精细化的混合有限元结构模型进行总体强度分析。     

基于极点配置的海洋平台粘弹性阻尼振动控制

对随机波浪激励的多自由度海洋平台模型进行动力分析,研究基于粘弹性阻尼器的海洋平台振动控制及阻尼器的位置优化,提出使用极点配置技术实现粘弹性阻尼器的优化定位;粘弹性阻尼器采用开尔文模型,将其对结构的作用看作是位移和速度的反馈控制.针对一海洋平台计算模型,在随机波浪载荷作用下进行平台振动响应分析及阻尼器的位置优化设计,结果表明采用极点配置技术设置粘弹性阻尼器,平台位移和加速度响应得到有效控制.     

三维流体动力方法计算穿浪双体船的船体响应

穿浪双体船船型复杂,航速较高,要准确预报其波浪载荷比较困难,但同时对于结构设计而言又非常重要。基于线性势流理论,采用三维流体动力学方法在时域上计算了穿浪双体船的运动响应和波浪载荷,时域计算结果经过傅立叶变换,在频域上分析了其响应特征。通过与规则波中试验结果和数值计算结果进行比较分析,表明用该方法计算穿浪双体船的船体响应可以获得比较满意的结果,可应用于同类船舶的波浪载荷预报。     

海上风力发电平台概念设计及系泊系统特性研究

为实现海上风力发电平台工作状态的准确预报,本文采用有限元软件建立浮式风力发电平台三维模型,完全时域耦合分析在不规则波作用下,浮式风力发电平台动力响应特性.通过时域结果对比分析可知,在风浪流同向作用下,浮式风力发电平台的运动响应幅值及系泊缆索顶端张力最大.通过运动响应时间历程曲线可知,横荡运动和横摇运动表现为低频特性,垂荡运动表现为波频特性,以上研究成果可为浮式风力发电机的优化设计提供一定的指导,并可为将来的相关试验提供一定参考.