波浪作用下沉管隧道管段双驳船沉放过程的频域响应

基于线性波理论，应用三维分布源法求解边界积分方程，计算了波浪作用下双驳船施工沉放的沉管隧道管段沉放过程中的波浪荷载及频域运动响应。计算中忽略了驳船本身的运动对沉管运动响应以及缆绳受力的影响，缆绳作用力由静力学方法计算。计算结果表明，沉管受到的波浪荷载在靠近水面的位置较大，并随着沉管沉放深度的增加而减小；随着波浪周期的增大，沉管受到的波浪荷载先增大而后减小；沉管的运动响应一般在离水面近的位置较大，并随着沉放深度的增加而减小。     

单驳船沉放对沉管管段动力响应影响的物理模型试验研究

波浪作用下沉管管段和驳船的运动属于耦合运动,是极为复杂的水动力学问题。论文通过物理模型试验,研究了不规则波作用下、单驳船沉放情形下的沉管管段的动力响应问题,采用Welch方法对沉管管段动力响应进行了频谱分析,并探讨了不同波浪周期和波高情形下的沉管管段运动和缆绳张力的频谱特性。研究结果表明:与固定平台沉放情形相比,单驳船沉放情形下,不仅沉管管段低频运动周期和幅值的谱分析结果均发生改变,而且波频运动幅值的谱分析结果也发生变化。此外,还探讨了波浪条件对沉管管段运动幅值功率谱结果的影响情况,并对考虑驳船运动的沉管管段稳定性进行了研究。     

驳船升沉运动和波浪联合作用对沉管管段运动特性的影响

文章探讨驳船吊挂沉放法进行沉管管段的沉放作业过程中,驳船升沉运动和波浪联合作用对沉管管段运动特性的影响。采用边界元方法求解作用在沉管管段的波浪力,驳船升沉运动考虑为简谐运动,应用四阶Runge-Kutta方法求解沉管管段的运动方程。通过数值算例分析,探讨了驳船做不同振幅与不同相位的升沉运动和波浪联合作用下沉管管段的运动特性。     

系泊浮体在浅水波浪中运动响应的计算研究

对于船舶在浅水中的运动和锚泊系统响应问题,使用时域方法计算一艘起重铺管船在浅水无航速系泊状态下在波浪中的运动响应.基于三维频域势流理论,应用SESAM软件计算浮体在规则波中的频域水动力参数及运动响应.通过频域到时域的转换方法,得到浮体在时域中的水动力系数和不规则波的一阶与二阶波浪力.在时域内计算锚链拉力,再耦合数值求解浮体时域运动方程,得到其在不规则波中的运动时历.最后,采用本方法计算铺管驳船在多点系泊状态下,在浅水波浪中的6个自由度的运动响应和锚缆张力,并将计算结果与模型试验进行比较.分析表明本方法能够提供具有工程精度的船舶运动性能预报.     

沉埋式海底隧道管段海上系泊水动力性能分析

沉埋式海底隧道管段海上系泊阶段的结构运动响应及缆索受力,影响其水上施工的安全性和经济性。以一管段系泊工程为例,利用基于三维势流理论的水动力软件AQWA建立管段海上系泊数值仿真计算模型,首先对系泊系统进行频域分析,然后在时域内考虑JONSWAP波浪谱和水流联合作用,研究环境载荷方向、环境载荷组合方式等因素对系统运动响应及缆索受力的影响。结果表明:管段在高频区域内稳定性较好,响应幅值很小;水流对管段的运动响应影响很大;当环境力以60°入射管段时,管段的系泊缆张力最大。     

两船在波浪载荷作用下的运动响应分析

基于波浪辐射/绕射理论,利用水动力分析软件AQWA研究两船在波浪作用下的运动响应特性,给出驳船受浮式生产储油船(FPSO)影响时的附加质量和辐射阻尼,分析了驳船的漂移力和运动响应。计算结果表明,当两船间距为5 m时驳船的附加质量比间距为10 m时的值大2倍多,驳船的附加质量和阻尼随着间距的减小逐渐增大;在间距30 m时,驳船的速度越小所受的漂移力就越大,并且驳船的横摇和首摇运动就越剧烈。     

沉管沉放等待阶段不同动力要素下的数值模拟研究

本文以港珠澳大桥岛隧工程为背景,采用基于势流理论的ANSYS/Workbench/AQWA,建立沉管浮驳管段的数值计算模型进行时域分析,研究了JONSWAP谱作用下,谱峰周期、有效波高和波浪入射角对沉管-浮驳系统在沉放等待阶段的最大缆力的影响。研究结果表明:当波浪频率接近系统固有频率时,会产生较大的系泊缆力;系统的系泊缆力随着有效波高的增大而增大,且波浪入射角越大,增大趋势越明显;不同谱峰周期下,系泊缆力随波浪入射角的变化规律不一致。     

海流作用下沉管—双驳船沉放系统沉放过程的阻力特性分析

文章通过CFD方法对海流作用下沉管管节与双驳船组成的沉放系统在不同沉放水深时的阻力进行分析,采用RANS方程和SST k-ε湍流模型,利用试验结果验证所用模型和方法的正确性。结合沉放过程三个典型工况,分析90°来流时的流场变化对阻力特性变化产生的影响。结果表明数值结果与试验结果差异较小,驳船和沉管之间的相对位置、沉管沉放深度对流阻力大小影响较大。     

高强度洋流作用下沉管的力学性能研究

沉管水下沉放中,管节与船舶采用缆索连接吊放下沉.为解决外海复杂海况条件下,船管缆系耦合受力的状态与水下管节的位移不受控和缆力超限的问题,通过数值仿真计算和物模试验相结合的方式,分析了不同沉放深度的沉管沉放过程中,船舶受外载荷和管节水下受水动力双重作用时的动力响应情况.通过计算和试验,开展了自由状态下的衰减试验、系泊系统下模型单自由度运动衰减试验、作业状态下沉管和安装船运动响应及各缆绳的受力测量,得到系泊缆、沉管吊缆和安装缆,在浪、流组合作用下的受力和水下运动位移情况,选取了适用于本项目管节沉放施工缆系的关键力学取值,并进行了工程应用验证和对比分析,证明了该研究成果的正确性,研究成果可为类似工程大型构件水下精确沉放和施工提供技术依据.     

港珠澳大桥接头吊装下沉过程的多体动力学分析

为了求解港珠澳大桥沉管隧道最终接头在安装过程中的运动位移,首先,利用ANSYS-AQWA软件建立了接头安装过程的系统水动力模型,得到了不同有义波高和波向下浮吊船的运动响应.然后,基于Kane方法建立了浮吊系统的多体动力学模型,通过编写相应的计算程序,并将浮吊船的运动作为系统的输入,计算得到了不同工况下接头的运动轨迹.计算结果表明:接头在空中和水中的运动位移幅值差别很小;接头的位移幅值随着波浪有义波高的增大而增大;相对于其他波向,波向为0度时,接头的运动位移最大.该理论计算方法及相关结论可以为港珠澳大桥最终接头的安装提供参考.     

Nonlinear wave forces on large-scale submerged tunnel element

This paper presents parametric studies of nonlinear wave forces on large-scale submerged tunnel element. A transportation project of submerged tunnel element under irregular wave conditions is taken as the research background. Three-dimensional diffraction potential and radiation potential associating with the motion of the floating body are utilized, and an efficient three dimensional Green function is implemented to solve the radiation-diffraction problem. A computational method for calculating the nonlinear wave forces of the submerged tunnel element is developed. The present method is validated by the existed methods and experimental data, and good agreements are observed for all test models. The effects of wave parameters and structural parameters on the second-order nonlinear wave forces are studied. Results from the present study can provide valuable recommendations for the weather window and downtime frequencies, the configuration of tugboats, the arrangement of sea-route, and the size and type of the design and construction of the submerged tunnel element.     

Efficient time-domain approach for hydroelastic-structural analysis including hydrodynamic pressure distribution on a moored SFT

This study investigates the hydroelastic analysis of a moored SFT (submerged floating tunnel) and the corresponding hydrodynamic pressure distribution under wave excitations. Time-domain discrete-module-beam (DMB) method, in which an elastic structure is modeled by multiple sub-bodies with beam elements, is employed to express the deformable tunnel with multiple mooring lines. Moreover, the top-down scheme is also adopted for detailed structure analyses with less computational cost, which applies the calculated hydrodynamic pressure distribution over SFT's surface to the three-dimensional finite element model. The hydrodynamic pressure includes both wave-induced diffraction pressure and motion-induced radiation pressure. For the validation of the developed numerical approach, comparisons are made with computationally intensive hydroelastic-structural direct-coupled method, two-dimensional wave flume experiment, and independently developed inhouse moored-SFT-simulation program. Furthermore, the influences of flexural motions with buoyancy-weight ratio (BWR) (or bending stiffness) and regular/irregular wave conditions on the dynamic pressure distribution and the resulting local stresses are investigated.     

波浪与水囊潜堤相互作用的数值模拟

基于黏性流体力学理论构建波浪与水囊潜堤相互作用的计算流体力学数值模型.利用高阶差分方法求解纳维斯托克斯方程,采用有限元方法求解结构动力学方程,采用虚拟单元浸入边界法实现流体和固体求解器的高精度耦合求解.通过流体体积方法实现界面重构,与试验结果比较验证模型的有效性.对规则波与不同充盈水囊潜堤相互作用进行数值模拟,寻找合适...     

沉管管节浮运过程中波浪附加阻力的水动力学分析

波浪引起的附加阻力是管节海上浮运过程中总阻力的重要组成。采用基于势流理论的水动力学软件AQWA计算了管节浮运过程中的波浪附加阻力。通过建立管节及附属结构的三维有限元模型,确定管节的几何、物理性质,建立湿表 面模型进行水动力学分析。对影响附加阻力的各因素,包括水深、航速、波浪谱及波浪要素等,进行了参数敏感性分析。计算结果表明,采用P-M谱的计算值较采用JONSWAP谱有所不同,附加阻力随水深增加而减小,阻力值与波浪周期及波浪入射角均有一定的关系,与波浪高度的平方成正比,且与拖航速度成正比。     

Measurement and computation of the acoustic field in a cavitation tunnel

Sound pressure distribution around a monotone sound source was measured inside a marine propeller cavitation tunnel and compared with the calculated result by a two-dimensional boundary element method. The measured sound pressure distribution showed some peaks due to the reflection effect of the tunnel test section boundary. As the frequency increased, the sound pressure distribution became more complicated, showing more peaks. The tunnel reverberant effect should be taken into account when the noise data measured in the tunnel are converted into full-scale values. In the boundary element method calculation, the boundary condition at the acrylic observation window of the tunnel was examined in detail. The calculated sound pressure distribution pattern in the tunnel transverse section agreed well with the measured distribution when a reasonable boundary condition was adopted. The boundary element method is an effective method for theoretically predicting the acoustic field inside the cavitation tunnel if the precise boundary condition is adopted.