新型圆筒型FPSO运动抑制结构的优化设计

针对圆筒型浮式生产储卸油装置（FPSO）垂荡运动性能较差等问题，设计具有通海形式的延伸筒体与减动结构的新型圆筒型FPSO。通过建立水动力分析模型，对不同运动抑制结构模型的垂荡与纵摇的固有周期和运动响应幅值算子（RAO）进行数值计算，对运动抑制结构型式的延伸筒体和阻尼孔进行优化设计。在时域耦合分析中，结合我国南海环境，通过设计合理的系泊系统，得到新型圆筒型FPSO的运动的响应历程，并对系泊系统进行安全校核。结果表明，延伸筒体高15 m、阻尼孔直径1.0 m为优化后的构型，该构型能节约成本、满足项目设计要求以及南海百年一遇的生存工况。     

不同阻尼板形式对圆筒型FPSO平台运动性能的影响

针对圆筒型浮式生产储卸油装置（FPSO）运动响应进行优化，提出带有2种新型垂荡抑制结构的圆筒型FPSO，即上扬边锋型圆筒FPSO和锯齿型圆筒FPSO。通过频域分析获得2种新型结构的幅频响应函数，初步对比判断2种新型结构运动性能的优劣，在此基础上，设计新型圆筒FPSO系泊系统并进行时域耦合分析，将计算结果与试验数据进行对比验证，在证实数值模拟准确性的同时分析新型结构的阻尼特性，得到较优的垂荡抑制结构形式。结果显示，所述的锯齿型垂荡抑制结构可有效减小纵荡和纵摇的运动幅值及幅值发生概率，降低纵荡和纵摇运动能量产生，改善整体运动性能。     

圆筒型FPSO在波浪中运动响应特性研究

圆筒型FPSO作为一种新型海洋工程装备,逐渐被应用于全球海洋油气资源的开发。该文以适用于南海深水油气田开发的圆筒型FPSO为研究对象,基于三维势流理论和莫里森（Morison）方程,采用Sesam软件建立圆筒型FPSO的湿表面模型和水动力计算模型,并对圆筒型FPSO在波浪中的频域运动响应特性进行计算,将载重量相近的圆筒型FPSO与船型FPSO的纵摇、横摇和垂荡运动响应进行对比研究,结果表明圆筒型FPSO的运动特性优于船型FPSO。该文同时也对不同船体直径、阻尼板直径、船体吃水以及环境条件重现期下的圆筒型FPSO垂荡运动响应进行研究,研究结果对于圆筒型FPSO的总体设计具有重要指导作用。     

圆筒型FPSO阻尼板结构强度计算方法研究

阻尼板作为增加圆筒型FPSO附连水质量和黏性阻尼的关键装置,可有效降低垂荡和横摇运动.阻尼板通常为与柱型筒体相连的悬臂梁式箱型结构,阻尼板及其与筒体连接区域处的结构设计及强度校核是圆筒型FPSO结构设计的关键.以阻尼板处最大压力及最大阻尼力作为目标设计载荷,采用子模型法校核其结构强度,以总强度分析得到的变形作为子模型边界条件,采用Morison法模拟黏性阻尼载荷,对阻尼板结构强度进行校核分析,为阻尼板的结构设计提供依据和指导.     

软刚臂单点系泊装置对小型浮式平台性能影响研究

软刚臂单点系泊是浅水海域FPSO重要的系泊方式之一,其结构尺寸及重量较大。通常FPSO排水量较大,软刚臂单点系泊装置对其影响可忽略不计。当软刚臂单点系泊装置用于排水量较小的浮式平台时,其对浮式平台的影响不可忽略。为研究单点系泊装置对小型浮式平台性能的影响,运用AQWA软件,基于耐波性理论基础,分别计算浮式平台在单点系泊状态和顺应式系泊状态下的频响及固有周期;采用时域分析方法,分别计算浮式平台在2种系泊状态下的运动响应。计算结果表明,单点系泊装置会减小浮式平台横摇频响峰值,增大其对应的周期,对纵摇和垂荡的频响影响不大;明显增大横摇和纵摇的固有周期,略微减小垂荡的周期,增大3个运动量的阻尼;增大横摇和垂荡的平均值以及垂荡的幅值,2种系泊方式对横摇和纵摇幅值的影响与风浪流方向分布有关。     

带分形孔垂荡板浮式风力机性能的大涡模拟分析

垂荡板作为一种能增加浮式支撑平台附加质量和水动力阻尼的被动装置，能抑制平台的运动响应，提高风力机的效率。论文研究带分形孔的垂荡板对浮式风力机水动力-气动力耦合性能的影响。用两相流求解器naoe-FOAM-SJTU求解系泊状态浮式平台的水动力响应。将非稳态致动线模型嵌入两相流求解器，用来求解受平台运动影响的风力机气动性能。研究结果表明：开孔垂荡板能提升浮式风力机系统的稳定性，减小平台运动响应的幅值，增大风力机气动功率。此外，开分形孔的垂荡板的效果优于开规则孔的垂荡板，它是增强系统稳定性的可行方案。     

跨江桥梁中拱形独立式防撞装置水动力特性研究

为研究拱形独立式防撞装置的水动力特性,通过水动力学软件AQWA,建立了频域动力学模型,基于三维势流理论和时频转换关系分析计算了装置水动力特性,计算得到了不同浪向角、不同波浪周期下的幅值响应算子RAO;不同水深、不同波浪周期下的附加质量、辐射阻尼和一阶波浪力的水动力参数,对比分析了各项参数三自由度方向上对拱形独立式防撞装置的影响。结果表明：各项水动力特性参数对防撞装置的运动影响极其复杂,在纵荡、横荡、垂荡方向上均受到不同程度的影响。各水动力特性呈现的不规律性,将引起拱形独立式防撞装置的非线性运动,考虑防撞装置的水动力特性对准确评估防撞装置的影响具有重要意义。     

月池纵荡和垂荡两种运动模态的数值模拟及验证

利用Fluent软件对矩形月池结构在有/无直墙条件下的强迫振荡运动进行了数值模拟,并将纵荡和垂荡两种模态下不同开口宽度的数值计算结果与解析结果进行了比较。在有/无直墙情况下,当月池作纵荡运动时,无论是数值解还是解析解都表明开口宽度对水动力系数的影响很小;在作垂荡运动时,数值解和解析解都表明底部开口宽度对垂荡运动引起的水动力系数有显著的影响。当不同开口宽度的矩形月池结构在有/无直墙条件下作纵荡或垂荡运动时,数值解和解析解得到的水动力系数随频率变化的趋势一致,但是极值的大小存在差别,数值解极值的绝对值比解析解要小。     

Spar平台垂荡一纵摇耦合运动的不稳定性

研究了深水Spar平台垂荡—纵摇耦合不稳定运动的形式和条件。以经典Spar平台为例,基于垂荡包络线概念,分析了平台垂荡—纵摇耦合运动的相互放大效应及"舞动"运动。结果表明,当垂荡包络线周期与纵摇固有周期相等时,纵摇运动失稳;因纵摇对垂荡的耦合影响,垂荡幅值不断增大,同时垂荡运动的变化又影响纵摇运动,使得纵摇幅值小幅度增加,平台运动存在相互放大效应。纵摇失稳后,Spar平台将处在一种奇特的"舞动"运动形式。     

船体垂荡运动及环境波高对月池内流体的影响

针对环境波高和船体垂荡运动对月池内流体运动的影响,本文采用CFD与模型试验相结合的方法,以某含月池的深拖母船为研究对象,数值模拟在不同幅值规则波激励下月池内流体自由液面爬升,结果显示,波浪幅值线性增加时,月池内流体液面增加呈非线性。分析船体在波浪中的垂荡运动和船体静水中做不同频率的垂荡简谐运动时月池内流体运动,结果显示船体垂荡运动存在明显双峰特性,且在船体垂荡运动频率为月池内流体共振频率时,月池内流体液面爬升最明显。     

Spar平台垂荡板受迫振荡水动力特性研究

首先针对圆形实板以及不同透空率下垂荡板作受迫正弦振荡的水动力特性进行了数值模拟研究,得到垂荡板作正弦振荡的阻力和附加质量系数,进而分析得出透空率对垂荡板阻尼及附加质量的影响规律;其次比较了相同透空率情况下不同小孔数目对垂荡板水动力特性的影响,并比较了不同形状垂荡板的水动力特性;最后还对双板之间的间距进行了优化计算.在此基础上综合考虑垂荡板受迫振荡水动力特性,为深水Spar平台的垂荡板优化设计提供技术指导,使其能够有效地改善Spar平台的垂荡运动性能.     

大直径多筒型基础的运动特性分析

对大直径多筒型基础通过考虑筒内气体压缩的无因次参数建立单自由度有阻尼自由振动方程,结合不同吃水下的模型试验分析筒型基础静水下的摇荡运动特性,结果表明,筒型基础结构的摇荡运动的附加质量系数都大于此前的建议值;随着吃水的增加,摇荡运动的附加质量系数都呈减小的趋势,垂荡运动的衰减系数呈增加的趋势,摇荡运动的衰减系数呈减小的趋势;相同吃水下,垂荡运动的附加质量和衰减系数小于摇摆运动的附加质量和衰减系数。     

气动载荷对半潜式海上风机运动响应的影响分析

以DeepCwind海上风机为研究对象,利用有限元软件ANSYS AQWA进行风机频域水动力数值仿真分析,得到水动力参数以及幅频响应曲线,将得到的水动力参数导入到FAST软件中,对风机气动-水动-锚泊系统的时域耦合运动分析。在此基础上,讨论了气动载荷对于半潜式风机运动响应的影响。结果表明,气动载荷对于半潜式风机运动响应的影响较大且不可忽略,横摇,横荡以及首摇运动随着气动载荷的增大而增大,垂荡运动随着气动载荷的增大而减小,风作用在叶片上所产生的气动阻尼削弱了垂荡运动,增强了横荡、横摇和首摇运动。     

浅水FPSO垂荡和纵摇运动的低频响应

对软刚臂系泊FPSO在浅水不规则波作用下的垂荡和纵摇运动响应进行数值计算与模型试验研究,水深16.7 m.试验中的波浪校验结果显示,在波浪谱中出现明显低频长波成分.计算结果与试验结果均显示,垂荡和纵摇波浪力、运动响应既有传统的波频成分,也出现显著低于波浪频率的低频成分,而且低频响应的能量和幅值甚至会远大于波频响应.垂荡和纵摇运动的低频响应不具有能量集中的共振频率,而是具有较宽的低频能量分布.这种显著低频响应的出现,与浅水中低频长波的存在有关,表明其不仅对系泊FPSO水平面运动性能影响极大,也会显著影响垂荡和纵摇这类垂直面运动的波浪力和运动响应,在理论预报时需要予以重视.     

水深对水上软刚臂单点系泊系统影响研究

在渤海海域服役的大型FPSO作业水深较浅,水深的变化会直接影响FPSO运动性能。为研究水深对FPSO附加质量、阻尼系数、运动幅度以及波浪力等水动力参数的影响,应用AQWA软件,基于三维势流理论,求解FPSO各项水动力参数;利用多体动力学方法,建立FPSO和软刚臂系统的耦合时域运动方程,求解FPSO的六自由度运动及系泊载荷。计算结果表明,附加质量在低频范围内对水深更为敏感;随着水深的减小,6个自由度上的阻尼呈均增大,且在低频时变化比较明显;纵荡响应幅值在低频时远大于高频;随着水深的减小,纵荡运动极值和系泊力均显著增大,各运动平均值有所增大。     

基于STF切片理论的狭窄航道中船舶纵向运动研究

基于STF切片理论对狭窄航道中低速船舶的纵向运动进行预报,开发适用于中低速船舶辐射水动力计算的程序,通过数值计算求得wigley III船模垂荡和纵摇运动的附加质量和阻尼系数,同时将计算结果与实验值进行比较,结果吻合较好,验证了程序的有效性。在此基础上,进一步分析不同水深和不同航道半宽对船舶附加质量和阻尼系数的影响。     

深海钻井船大开口阶梯形月池水体的非线性共振特性研究

为了避免月池内部水体与外界波浪共振引发的危害,本文采用数值模拟与模型试验结合的方法,在特定频率下对矩形大长宽比月池内部水体爬升进行探究.分析了船体不同自由度运动(船体静止、船体仅有垂荡运动、船体有垂荡和纵摇运动)对月池内自由液面爬升的影响.结果表明,船体具有垂荡及纵摇两个自由度时,月池边界处波浪爬升幅值远高于船体仅有垂荡自由度的情况.分别采用不同幅值的规则波进行数值模拟,结果表明波浪幅值线性增加时,月池内自由液面爬升幅值不会线性增加,而是增量下降.     

双管悬浮隧道水动力性能试验

利用波流水槽构建双管悬浮隧道（SFT）节段模型，对其水动力性能进行试验研究，详细研究其在波流环境下的水动力性能，并将所得结果与传统单管SFT的水动力性能进行对比。结果表明：随着波浪周期的增加，双管SFT没有出现明显的峰值，运动曲线保持平稳状态，原因可能是双管SFT结构的基频得到提升，有效避开了常规波流载荷共振的能量密集区；与传统的单管SFT相比，无论是波流联合作用，还是波流单独作用，双管SFT在横荡、垂荡和横摇方向上的运动响应和锚索缆力幅值均更小，安全平稳性更好，且随着波高的增加，该效果越明显。研究结果可为SFT和其他类似工程的开展提供参考。     

水上软刚臂系泊FPSO运动特性试验研究

为了评估水上软刚臂系泊FPSO在浅水域极端海况下作业的安全性能,通过静水衰减和共线风浪流联合作用工况的物理模型试验,分别得到系泊FPSO各自由度的固有周期和运动响应。通过时域分析得到FPSO在纵荡向大幅共振运动的产生机理。FPSO垂荡运动包括低频成分和波频成分,分别表现为类似于波浪相应成分的时历过程。而纵摇运动由于对软刚臂的系泊作用非常敏感,其与纵荡运动时历过程也表现出较高的相关性。     

含月池开孔的FPSO水动力性能及波浪载荷研究

为研究月池开孔对FPSO水动力性能和波浪载荷的影响,基于三维势流理论和波浪诱导载荷理论,分析了不同的月池尺寸、不同的月池纵向位置以及不同的船体吃水时附加质量和附加阻尼的变化趋势。并进行了含月池开孔的FPSO波浪诱导载荷的长期预报,得到了截面垂向剪力和弯矩沿船长方向的分布规律,分析了月池尺寸对波浪诱导载荷的影响。结果表明含有月池的FPSO船体的垂向附加质量和附加阻尼会出现一个峰值,随月池尺寸增加而逐渐减小;月池处垂向剪力和垂向弯矩随月池尺寸增大有小幅度减小。