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。     

波浪作用下沉管隧道管段沉放过程的频域响应(英文)

大型沉管隧道管段的沉放是沉管隧道施工中的关键环节之一.为了解沉管隧道管段沉放过程中的运动特性,对双驳船施工沉放的沉管隧道管段进行了频域计算分析.基于线性波理论和三维分布源法,计算得到波浪作用下沉管管段沉放过程中的波浪荷载及频域运动响应.计算中假定驳船本身的运动较小,忽略了驳船的运动对管段运动响应的影响,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.     

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。     

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。     

平台运动对深水钻井隔水管非线性动力响应的影响

文章建立了波浪、海流和船体运动等载荷综合作用下的深水钻井隔水管非线性时域动力响应模型,模型考虑了顶部张力和隔水管内部泥浆对隔水管动力响应的影响,计人了张力沿隔水管长度的变化,并采用有限差分法求解了四阶偏微分运动方程.计算了随机波浪和规则波浪下船体运动对深水钻井隔水管非线性动力响应的影响,研究分析了船体平均偏移以及波频响应和低频响应的周期和幅值对深水钻井隔水管动力响应的影响.结果表明,船体运动对深水钻井隔水管动力响应有较大的影响,在随机波浪和海流作用下,考虑船体运动时,隔水管上部最大弯矩增大了59%.船体的平均偏移主要影响底部最大弯矩.船体波频运动对上部最大弯矩有较大影响,随着波频响应的周期和幅值的变化,上部最大弯矩变化较快,而低频响应的则主要影响隔水管上部弯矩.     

大吨位沉船打捞多体系统耦合水动力特性研究

双驳船抬吊法是大吨位沉船打捞中主要采用方法之一。两艘驳船、难船构成的系统具有尺度大、间距小等特点,波浪环境形成复杂水动力耦合效应，基于势流理论，增加人工阻尼修正其粘性影响，利用AQWA软件开展单驳船、两驳船约束其一、两驳船耦合三种状态多体系统水动力数值预报研究，重点分析不同状态下驳船运动响应及波浪载荷，探讨了驳船约束模式、浪向角及周期对驳船水动力影响规律，探明了浪向角与周期对驳船耦合水动力及运动响应不利干扰，对指导沉船打捞多体系统的空间布局与作业海况具有重要意义。     

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。     

沉管隧道长大管节海上施工物理模型试验思路与结果分析*

长大管节海上寄放、浮运和沉放过程中的受力和运动响应是沉管施工需要考虑的重要参数,现有的结构力学和流体力学均无法精确计算。基于相似理论和相对运动概念,在拖曳水池完成了沉管管节寄放、浮运和沉放系列水动力学试验,得到了沉管管节在不同风浪流载荷组合作用下的管节受力和运动响应,可为数值仿真分析提供关键参数取值依据,也可为长大管节的施工提供借鉴。     

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。     

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.     

大型沉管隧道与双体运输船连接支墩结构受力特性研究

基于三维势流理论，运用水动力分析软件WADAM，对一种沉管隧道双体运输船带有沉管隧道的浮运工况下，进行了波浪中的响应分析。并根据分析结果研究了连接支墩结构在波浪中的受力特性，分析了包括波谱形式，波浪方向，波浪周期以及水深在内的多个参数对支墩载荷的影响。计算结果对沉管隧道浮运工况的选择，连接支墩的结构设计等方面有着重要的参考意义。     

二维驳船结构在规则波作用下的高频共振响应研究

基于势流理论建立二维完全非线性数值波浪水槽模型,利用该模型对二维驳船结构在非线性规则波作用下的高频共振响应进行了研究.采用高阶边界元方法解决边界值问题,应用混合欧拉-拉格朗日方法和四阶龙格库塔法模拟结构物与波浪的相互作用,引入虚拟函数法耦合求解波浪载荷与物体运动.计算了浮动驳船结构在规则波作用下的运动,并将数值结果与实验值进行了对比验证.当入射波浪的3倍频等于物体横摇方向固有频率时,物体横摇运动发生的高频共振现象,并分析了其影响因素.基于完全非线性数值波浪水槽模型探究了高频共振响应现象的发生机理,为今后海洋工程结构物的高频共振响应问题做有益探索.     

沉管管段在浅水航道浮运中的下沉量预报

针对深中通道中沉管管段由于浅水效应产生的下沉问题,验证CFD仿真技术计算沉管管段水动力的精确性,获得标准管段在不同下沉位置与浮运速度下的阻力与下沉力,通过分析管段下沉方向的受力建立运动方程,计算下沉运动,并绘制下沉运动的时历曲线,得到管段在不同干舷与浮运速度下的最大下沉量,以此判断管段浮运的浮态,分析管段浮运速度,供工程应用参考。     

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。     

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.     

海上大直径超长HDPE管段沉放工艺

HDPE管段的沉放工艺直接影响管段水下对接的效率以及成功率,是HDPE管段水下安装工程中的重要环节。针对大直径超长HDPE管段的灌水沉放工艺进行系统研究,将理论分析与现场试验相结合,首次提出采用气囊配合"牺牲绳"控制管段灌水沉放的方法,并得出确定气囊数量的方法与原则,进而提出满足变水深条件下的大直径超长HDPE管的灌水沉放工艺。该工艺已成功应用于沙特吉赞JIGCC取排水工程大直径超长HDPE管段安装工程中,为今后类似工程的建设提供参考。     

两圆柱体在波浪载荷作用下的运动响应分析

基于势流理论和波浪辐射/绕射理论,利用水动力分析软件(AQWA)研究两圆柱体在波浪作用下的运动响应特性,给出不同入射角与不同频率规则波作用下,小圆柱体单独运动时的六自由度响应幅值算子(RAOs)及运动响应,并与两个并排圆柱体六自由度响应幅值算子(RAOs)及运动响应作比较。结果表明:大圆柱体的干扰将使小圆柱体的纵摇、横摇、横荡、垂荡运动加剧,对小圆柱体漂移力也有较大影响,但对小圆柱体的纵荡与首摇运动影响不大。计算结果与传统方法计算值相近,证明此软件合理,可为两船在波浪中的干扰模拟计算提供参考。     

波致立管疲劳损伤计算方法研究

针对波浪作用下平台运动引起的立管疲劳损伤,进行完整的频域计算方法研究。首先采用势流理论对平台的运动响应进行分析,求得平台的运动频响函数;接着采用有限元法对立管的应力响应进行分析,求得立管的应力频响函数;最后,结合立管材料的S-N曲线,采用谱分析方法对四种不同海况下波致立管振动引起的疲劳损伤进行分析,获得损伤沿立管轴线方向的分布曲线。研究结果表明：波致立管振动疲劳损伤与有义波高密切相关,疲劳损伤值随着波高的增加成指数次方增长;立管的最大疲劳损伤值通常出现在立管的边界区域。     

西非海域环境条件下FPSO运动及载荷响应特性研究

针对在西非海域作业的某多点系泊30万吨FPSO,研究西非海域特定环境条件下的双向风浪及涌浪的联合作用对该FPSO运动及载荷响应的影响。文中基于三维势流理论对FPSO运动响应进行数值分析,并与试验值幅值响应算子(RAO)对比。利用双Ochi-Hubble谱的短期预报,论述FPSO在双方向风浪及涌浪作用下的运动幅值、加速度及载荷响应;论述涌浪方向对运动及载荷响应的影响,并考虑涌浪周期敏感性的影响,对FPSO运动加速度、幅值、波浪弯矩、波浪剪力进行数值分析;总结了FPSO在双方向风浪及涌浪作用下运动及载荷响应根据浪向的变化特点,以及FPSO波浪载荷受风浪和涌浪周期敏感性影响的特点,为西非FPSO后续的结构设计提供参考。     

张力腿平台在随机波浪中的耦合运动响应研究

文章研究了张力腿平台在随机波中长期海况下的耦合响应。推导了振动微分方程中的质量矩阵、耦合刚度矩阵、阻尼矩阵和运动坐标系下张力腿平台波浪外荷载。采用微元法对立柱和浮筒进行离散,运用龙格-库塔法对运动微分方程进行了数值求解。海浪谱采用Jonswap谱,随机波采用蒙特卡罗法来模拟,对不同海况下张力腿平台耦合动力响应、张力腿张力变化进行了能量谱分析。并且比较分析了不同浪向角、不同谱峰周期对平台运动响应的影响。对考虑耦合与不考虑耦合张力腿平台响应进行了比较。