锚泊定位系统锚链轮及其机架强度有限元分析

锚泊定位系统是海洋平台定位系统中十分重要的设备,通过锚链轮对锚链的动力收放实现张力控制进而完成海洋平台定位。针对某一瞬时锚链和锚链轮啮合传动,建立锚链轮及其机架的有限元模型,进行受力分析,验证锚链轮及其机架设计强度的正确性,为锚泊定位系统锚链轮及其机架的设计与优化提供一定的参考。     

工程作业船舶定位锚泊系统设计与分析

根据相关规范要求及工程经验,提出了工程作业船舶定位锚泊系统的设计方法。例举一典型铺管船的锚泊系统的设计,包括布锚方式的优化、锚机能力的校核、锚索选型及数值分析过程。     

3000t铺管起重船铺管作业锚泊定位系统设计研究

针对3000t铺管起重船铺管作业时锚泊定位系统的复杂性及强非线性问题,采用准静力法将铺管作业时变连续的锚泊定位系统分解成若干个离散确定时不变的锚泊定位系统,然后对每个离散后的锚泊定位系统作时域动力分析,并将铺管线作为附加的锚泊线处理,此法是比较有效且合理地设计铺管船铺管作业时锚泊定位系统的方法。     

多点锚泊定位系统布锚夹角的影响及优化分析

[目的]为优化布锚夹角并满足锚泊线的强度要求,提出一种计算锚泊系统静回复力的方法。[方法]使用该方法,研究布锚夹角对平台静回复力、艏向变化及锚泊线受力均匀程度的影响。利用改进的遗传算法,优化布锚夹角,并从2个方面提高算法精度:一是通过对3种因素(静回复力大小、静回复力对扰动方向的敏感程度、锚泊线的受力均匀程度)的影响分析人为生成初始种群;二是结合自适应算法加强局部搜索能力。[结果]结果显示,改进后的遗传算法拥有更高的优化精度,把优化后的结果反馈给锚泊系统受力模型,可降低锚泊线对破坏强度的要求。[结论]所做研究可为锚泊系统布锚夹角及锚泊线材质的选择提供参考。     

深水作业船锚索锚泊性能研究

为了探索深水作业船的锚索锚泊性能,运用悬乖线理论分析了钢索和复合锚索的无因次长度、重量与位能,推导出了钢索和复合锚索位能对外力导数的公式,从锚索静载荷角度研究了钢索和复合锚索吸收动载荷的能力.模拟计算结果表明,与钢索相比,复合锚索对增加卧底锚索重量、保持锚的稳定性和抓力是有利的,对减小锚泊船漂移范围也有益处,但吸收动载荷能力下降.复合锚索中设置的锚链的长度取1节(27.5 m)为宜,锚泊时甲板以下锚索长度以2.5～3.0倍水深较为合适.此结论对深水作业船的锚泊操纵有一定的参考意义.     

锚唇受力分析

分析锚泊状态、抛锚和收锚状态、锚存状态和极端状态中锚与锚链的运动情况,确定锚链和锚对锚唇的作用方式,建立锚唇受力的计算公式,根据实际锚泊经验,选取不同船型,分析锚唇受力极值以及锚自身质量、水中锚链长度等因素对锚唇受力的影响。     

基于模糊决策的锚泊定位系统张力分配优化

锚泊系统张力场分布的优化往往忽视单根锚链受力.为减小锚链的受力强度,同时维护张力场分布均匀程度,提出一种基于遗传算法随机性的决策集合生成方法,并结合广义q-ROF-TODIM决策法形成模糊决策策略.通过分析锚链顶端水平张力均值和张力场分布均匀程度均值随决策指标权重的变化确定指标权重,以基于改进降维遗传算法的张力分配策略为对象,对比分析优化前后锚链顶端水平张力和受力均匀程度时程.结果表明,经模糊决策方法优化的张力分配策略在合理偏好权重下能有效降低单根锚链的顶端受力强度,同时维护锚链张力场分布的平衡性,进而确保锚泊定位系统的安全可靠.研究结论可为锚泊定位控制系统优化设计提供参考.     

深水二维对称式布置两成分锚泊线时域动力分析

深水作业海上浮式结构物的锚泊定位系统由锚链或锚索等成分进行约束,由于锚泊线的几何非线性,外界环境作用力的非线性和系泊浮体的运动的非线性给锚泊系统的回复力和位移的计算分析带来困难。此外,多种材料成分组成的多成分锚泊线的使用在推动了锚泊系统的深水应用和发展的同时也给锚泊系统的设计带来困难。本文采用设计波理论结合有限元方法进行两成分锚泊线的动力分析,考虑导缆孔处系泊结构物运动的影响。并将结果与单一成分锚泊线计算结果作比较分析,得到有益结论。     

索链组合锚泊线静力分析

建立悬链线方程,分析组合锚索链的受力及方程的解法,结合实例运用悬链线方程计算组合锚索链的状态参数,为实际工程中两种成分锚泊线的锚泊系统的初步设计和选型提供依据。     

海上浮简锚泊分析

首先对浮筒锚泊线进行了受力分析,然后在求得锚泊线方程解的基础上给出最短锚泊线和最小锚距的计算方法。提出锚泊线对浮筒的弹簧作用,给出浮筒纵荡方程,为防止共振给出理论依据。     

全回转起重船多系统耦合运动响应仿真分析

根据运动学基本原理,计入船-吊物、船-锚链耦合影响以及起重船自身受到的外环境载荷,建立船舶多系统运动模型。利用MATLAB/Simulink软件进行仿真,对多系统耦合作用下的船舶运动进行数值分析。分别在不同的遭遇浪向角和不同的吊臂回转角下,对船舶在各自由度上的位移进行比较,得到其对船舶运动参数的影响规律。结果表明:起重船运动过程中因计入多系统耦合影响,自身运动也表现出更为符合实际的运动特性,为准确预报全回转起重船多系统的运动响应提供了更为科学的理论依据。     

浮码头与旁靠船舶的运动响应特性研究

本文基于三维势流理论，采用数值分析方法研究了浮码头与散货船旁靠系泊的运动特性。考虑缆绳和护舷的非线性特性，探求了波浪周期对浮体运动、系缆力的影响规律。研究结果表明：考虑间隙内水体运动影响，旁靠散货船在横浪条件下的纵摇和纵荡运动有所增大。浮码头在计算工况下，缆绳受力较大，在某些工况条件下超出了国际系缆力标准的要求，旁靠散货船的缆绳在计算工况下均未超标，满足要求。研究结果为浮码头系泊系统的设计及工程运营提供理论参考。     

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。     

Development of study on the dynamic characteristics of deep water mooring system

To meet the needs of those exploiting deepwater resources, TLP and SPAR platforms are used in some areas and are considered excellent platforms in deep water. However, many problems remain to be resolved. The design of mooring systems is a key issue for deep water platforms. Environmental loads in deep water effect the physical characteristics of mooring line materials. The configuration and analysis of mooring systems involve nonlinearity due to this fluid-solid coupling, nonlinear hydrodynamic forces, and their effects on stability of motion. In this paper, some pivotal theories and technical questions are presented, including modeling of mooring lines, the theory and method of coupled dynamics analysis on the mooring system, and the development of methodologies for the study of nonlinear dynamics of mooring systems. Further study on mooring systems in deep water are recommended based on current knowledge, particularly dynamic parameters of different materials and cable configuration, interactions between seabed and cable, mechanisms of mooring system response induced by taut/slack mooring cables, discontinuous stiffness due to system materials, mooring construction, and motion instability, etc.     

A survey on modeling and control of thruster-assisted position mooring systems

This review presents a systematic summary of the state-of-the-art development of technological solutions, modeling, and control strategies of thruster-assisted position mooring (TAPM) systems. The survey serves as a starting point for exploring automatic control and real-time monitoring solutions proposed for TAPM systems. A brief historical background of the mooring systems is given. The kinematics and a simplified kinetic control-design model of a TAPM system are derived in accordance with established control methods, including a quasistatic linearized model for the restoring and damping forces based on low-frequency horizontal motions of the vessel. In addition, another two mooring line models, i.e., the catenary equation and the finite element method model, are presented for the purpose of higher-fidelity simulations. The basic TAPM control strategies are reviewed, including heading control, surge-sway damping, roll–pitch damping (for semisubmersibles), and line break detection and compensation. Details on the concepts of setpoint chasing for optimal positioning of a vessel at the equilibrium position are discussed based on balancing the mooring forces with the environmental loads and avoiding mooring line failure modes. One method for setpoint chasing is the use of a structural reliability index, accounting for both mean mooring line tensions and dynamic effects. Another method is the use of a lowpass filter on the position of the vessel itself, to provide a reference position. The most advanced method seems to be the use of a fault-tolerant control framework that, in addition to direct fault detection and isolation in the mooring system, incorporates minimization of either the low-frequency tensions in the mooring lines or minimization of the reliability indices for the mooring lines to select the optimal directions for the setpoint to move. A hybrid (or supervisory switching) control method is also presented, where a best-fit control law and observer law are automatically selected among a bank of control and observer algorithms based on the supervision of the sea-state and automatic switching logic.     

生产驳船多点系泊定位系统动态响应

导出了多点系泊系统的船舶运动方程,在船舶运动方程中计入了非线性恢复力。缆索分段的三维动态方程中采用了凝集参数模型与平均切向量非线性流体动力载荷处理技术,对某生产驳船系泊问题进行了计算,对受有风、浪、流环境力的系泊船运动方程进行了数值求解,得到了随时间变化的船舶运动和系泊索动态张力,考查了缆索动力学对船舶运动和链张力的影响,并与以前未计入缆索动力影响的准静态结果进行了比较。     

新型多筒式FDPSO概念设计及其系泊系统分析

为研究新型多筒式浮式钻井生产储卸油轮（FDPSO）的系泊系统及其动力响应特性,评估其系泊系统的疲劳性能,针对新型FDPSO的总体布置,以中国南海1 000 m水深为背景,设计新型储油装置的系泊系统,研究系泊点和导缆孔、系泊缆布置及系缆的结构形式。考虑腐蚀和南海风浪条件,计算系泊系统的动态响应,校核系泊系统的强度,计算系泊状态FDPSO的运动响应和系缆张力。考虑南海西沙波浪分布,采用S-N曲线以及Miner线性累计损伤理论,并采用雨流计数方法,对系泊系统进行疲劳分析。结果表明,设计的多筒式FDPSO的系泊系统能够满足作业定位的要求,可以抵御百年一遇的风浪作用,疲劳寿命大于设计寿命的3倍。     

J型铺管船法铺管强度影响因素研究

建立了J型铺管船体与系泊系统/管道的计算模型,并对铺管船体及系泊系统/管道进行了完全时域耦合数值模拟,分析了在不同安装预张力、不同方向波浪入射下管道的受力及强度,给实际铺管作业提供了技术参考。