系泊系统的时域仿真及其非线性动力学特性分析

应用时域仿真的方法研究了系泊系统的非线性动力学特性。以三阶操纵运动方程为基础,引入定常的风力、潮流作用力和二阶波浪力,建立了系泊系统三自由度的运动微分方程。在此数学模型的基础上,建立了系泊系统的多自由度的计算机仿真模型。在风浪流联合作用的情形下,对一艘单点系泊油轮的动力学行为进行了仿真研究。以潮流速度和系缆程度为分岔控制参数,在参数平面上给出了局部分岔集。研究表明,系泊系统的动力学行为具有强烈的非线性特征。在仿真过程中观察到了吸引子的共存和Hopf分岔。局部分岔集将参数平面分为3个系统动力学行为本质不同的区域。极值系泊力水平与系泊系统的动力学行为有着密切的关系。对于单点系泊船舶而言,顶风顶浪顶流的状态并不一定是最为危险的工况。局部分岔集的确定为系泊系统参数的选择提供了决策依据。     

多点系泊船舶在波浪中的运动及其系泊力

运用理论方法研究多点系泊船舶在波浪中的运动及其系泊力,建立了多点系泊船舶在波浪作用下的运动和系泊力的计算模型和求解方法,提出了带浮筒的链系的特性计算方法。采用时域计算解决链系的非线性问题。通过模型试验验证计算方法的精度和可靠性,开发了可供工程计算的计算程序。     

防风水鼓系泊系统系泊力的计算方法

介绍在时域内，防风水鼓系泊系统在风、浪、流联合作用下计算系泊力的1种方法。该方法是在分析波浪荷载时，使用了设计波法和非线性Stokes五阶波，并由经验公式求出了船舶的风、流作用力。由准静态方法计算了初始条件后，在忽略了锚链和水鼓动态效应对船舶运动的影响条件下，求解了系泊力和船舶的运动时历。再由二维集中质量法建立了锚链和水鼓的数学模型，用Houbolt方法求解了锚链和水鼓的运动方程，并对系泊力进行了修正。将计算结果和其它经验公式计算的结果进行了比较，吻合得较好，表明本文建立的方法能够用于防风水鼓系泊系统的系泊力计算。     

基于AQWA的大型LNG船码头系泊分析

随着船舶吨位的迅速增加,大型船舶码头系泊的安全性越来越受到人们的关注.本文应用多体水动力学软件AQWA,研究了大型LNG船码头系泊时,在风、浪、流联合载荷作用下船舶的运动响应,得到了LNG船码头系泊时整体运动响应及系缆绳所受张力.研究结果可为同类船舶在码头系泊时提供参考.研究方法可作为分析船舶码头系泊的一种新方法.     

基于AQWA的发电船栈桥系泊水动力性能

为分析栈桥系泊系统和风、浪、流等环境因素对发电船水动力性能的影响,文章评估发电船系泊系统的安全性,合理设计发电船系泊系统,并建立发电船栈桥系泊数值模型。基于三维势流理论,应用AQWA软件对该船进行频域水动力性能分析,通过时域耦合仿真计算得到其六自由度运动响应、系泊缆张力和护舷压力,并对不同环境载荷下的船舶系泊系统进行安全校核。计算结果表明：在各作业工况下,发电船系泊系统是安全的;波高和浪向角对系泊缆的张力和运动响应有重要影响,波浪周期对纵摇和垂荡的影响较大。     

Spar基础浮式风机系泊系统全耦合分析

本文以OC3 Hywind Spar基础浮式风机为研究对象,采用先进的空气动力-水动力耦合时域分析方法,针对其在中国南海某海域风浪流共同作用下,系泊系统、浮式基础运动以及风机与塔桶载荷响应进行分析。对比了定常风与湍流风模型对浮式风机系泊系统、整体运动响应以及风机载荷的影响。计算结果表明：相比于湍流风,采用定常风进行浮式风机系泊系统分析将得到偏于危险的结果,同时浮式风机运动响应与风机载荷结果偏小。本文建议在系泊系统初始设计阶段采用定常风方法进行设计,在系泊分析阶段采用湍流风进行分析,以保证浮式风机长期服役安全。     

多工况联合作用下大型集装箱船码头系泊试验研究

高速发展的经济形势对水路运输的要求越来越高,船舶在码头舾装作业的时间变长,经常受到大风浪,甚至台风的袭击,保持船舶和码头的安全,是本领域关心的重点问题之一。本文针对大型集装箱码头停靠问题,详述码头试验过程,以波浪的周期及波幅为变量,优化系泊系统布置方案,进行多工况联合作用大型集装箱船码头系泊相关试验研究,探究停靠船舶的运动特性、系泊缆顶端张力变化规律,为大型船舶系泊系统的设计提供参考。     

基于水运行业规范的防风单点浮筒系泊力计算

针对港口工程防风单点浮筒系泊力计算问题，根据《港口工程荷载规范》和Daidola公式，求得船舶在风、浪、流荷载下的平衡位置；在此基础上叠加瞬时的波浪冲击力，建立单点系泊系统的受力模型。考虑到系泊船在风、浪、流共同作用下会产生偏荡运动，参考军标《防风系船水鼓》中的相关公式，对比物理模型试验结果，提出风、浪、流各力的组合修正系数，提供了一种可供工程应用的系泊力计算思路。该方法可供类似工程初步确定防风浮筒参数，为后续物理模型试验提供必要的基础。     

大型船舶系泊模式设计及优化研究

通过理论设计、仿真计算及模型试验的方法,开展设有岛式上建和外飘舷台的大型特殊船舶的系泊模式设计过程及优化研究,基于对缆绳张力、船体运动等试验结果分析,最终形成风浪流环境下某特殊船型的码头系泊模式方案,大幅度降低了因依靠传统舾装数设计无法考虑波浪影响。而在实际系泊作业中带来的风险,为船舶码头系泊作业提供科学可靠的技术支撑。     

大型滚装船码头系泊能力数值仿真研究

为了分析风浪流环境因素对于某大型滚装船码头系泊能力的影响,并准确评估码头系泊系统的安全性,本文基于三维势流理论,采用Ansys-aqwa软件,对某大型滚装船码头系泊进行频域水动力分析和时域耦合仿真分析。首先通过频域水动力分析研究该大型滚装船在规则波中的基本性能,然后通过时域耦合仿真计算研究该滚装船码头系泊能力及系泊系统的安全性,并分析计算了各工况下该滚装船的六自由度动力响应。     

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.     

码头双船系泊模型试验研究

通过对一艘17.5万吨散货船和一艘11万吨油轮并排系泊的模型试验,得到其在吹岸风和吹开风状态下,缆绳和防护垫的受力随风浪流及风向角变化的一般规律,对码头双船系泊有重要参考意义.     

Validation of a dynamic mooring model coupled with a RANS solver

Standard design procedures and simulation tools for marine structures are aimed primarily for use by the offshore oil and gas. Mooring system restoring forces acting on floating offshore structures are obtained from a quasi-static mooring model alone or from a coupled analysis based on potential flow solvers that do not always consider nonlinear mooring-induced restoring forces, fluid structure interactions, and associated hydrodynamic damping effects. This paper presents the validation of a dynamic mooring system analysis technique that couples the dynamic mooring model with a Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations solver. We coupled a dynamic mooring model with a RANS equations solver, and analyzed a moored floating buoy in calm water, regular and irregular waves and validated our motion and mooring force predictions against experimental measurements. The mooring system consisted of three catenary chains. The analyzed response comprised decaying oscillating buoy motions, linear and quadratic damping characteristics, and tensile forces in mooring lines. The generally favorable comparison of predicted buoy motions and mooring forces to experimental data confirmed the reliability of our implemented coupling technique to predict system response. Additional comparative results from a potential flow solver demonstrated the benefits of the coupled dynamic mooring model with RANS equations. The successful validated tool of coupling the dynamic mooring model with the RANS solver is available as open source, and it shows the potential of the coupled methodology to be used for analyzing the moored offshore structures.     

Characteristics of low-frequency motions of ships moored inside ports and harbors on the basis of field observations

In order to understand characteristics of low-frequency motions of ships moored inside ports and harbors, analysis on actual cargo handling logbook of stevedoring services company, including events of interruption of cargo handling, and countermeasure for ship mooring problems are investigated by field observations at two ports and numerical simulation on moored ship motions. First model port concerns with interruption of cargo handling due to the low-frequency motions. Second model port relates to a resonant effect of long-period waves or harbor oscillations, and its countermeasure by mooring system. From the investigation, it is confirmed that the low-frequency motions of ships are induced by a resonance between surge motions and long-period waves or harbor oscillations and an asymmetry in the mooring system, and affect safe ship mooring and operation efficiency of cargo handling in ports and harbors significantly.     

单点系泊船舶非线性动力学特性的试验研究

对潮流作用下单点系泊船舶的静态分岔特性和动态分岔特性进行了试验研究.通过试验确定了船舶的平衡系泊点及其Liapunov运动稳定性.以来流速度和系缆长度为分岔控制参数,研究了船舶系泊运动的静态分岔与Hopf分岔特性.对系统的动力学行为进行了定性分类,据此在参数空间中给出了局部分岔集.它将参数平面划分为四个不同的区域,每个区域中船舶的运动模式均不相同,但同一区域内系统的动力学行为是一致的.研究表明,单点系泊船舶具有复杂的动力学响应,试验中观察到吸引子的共存与跳跃和Hopf分岔现象.局部分岔集的确定为系泊系统设计参数的选择提供了依据.     

大型船舶浮筒系泊断缆事故分析

本文以日本MMG非线性数学模型为基础。计入船舶在低速、大漂角运动下的影响,建立了系结浮筒船舶在风压力和流压力作用下的偏荡运动数学模型,然后对“雪海”轮以不同风速、流速和各种系挂方式进行了模拟计算,分析了“雪海”轮断缆的主要原因,提出了安全系泊的措施。     

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.     

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.