海底管线埋设沟槽边坡稳定性分析

海底石油管线埋设已经成为海洋工程的重要组成部分,在埋设管线的过程中沟槽的稳定性和坡度选择直接影响到埋设工程的工作量。利用强度折减有限单元法对某海域海底管线埋设的沟槽进行了分析,通过计算不同坡脚时沟槽边坡的稳定性,选择了符合工程要求的最佳坡脚。同时比较了最大总位移和x方向最大位移作为边坡失稳判据的区别,结果证明用最大总位移作为判据判断海底沟槽边坡稳定性更直观。     

海底埋设管线屈曲剧变理论研究综述

海上生产的烃类必须在高温高压下运输以使流体舒缓而避免蜡组分的凝固。由于内外压差和温差引起强制膨胀导致轴向压缩力,此时便产生了海底管线的屈曲。此压缩力既能引起管线在海床平面内的侧向屈曲,也能造成垂向屈曲。通常将管线埋于沟槽内从而确保与其它海洋活动的干扰最小化。在此情况下,侧向土约束超过了由管线浮重造成的垂向隆起约束。因此,要特别注意挖沟埋设管线的垂向屈曲。最近对中国高温管线和渤海湾几起事故的关注引发中国海洋工程师对此现象的强烈兴趣。文章综述了海底埋设管线垂向屈曲的理论研究历史,以及作者对此问题的一些经验。希望海洋工程师能从本领域的文献综述和总结中受益。文中同时研究了管线的防护层设计,最后明确了未来发展的方向。     

海底管线平管起吊的参数灵敏度

参考平管起吊相关研究,结合相关工程项目,确定舷吊位置、浮筒位置和浮筒间距为主要设计参数。利用大型水动力软件OrcaFlex建立海底管线平管起吊模型,分析管线的运动响应及吊绳张力的时间历程变化,研究管道的有效张力和曲率及舷吊张力对不同总体布置参数的敏感性和变化规律。     

采用ANSYS 5.7的海底管线起吊过程非线性有限元静力分析

海底管线安装过程中经常采用对接起吊法,在这一过程中管线应力状态较复杂,管线的变形属于大位移几何非线性变形,同时还要考虑管线的双层结构.本文采用有限元分析软件ANSYS5.7模拟管线的起吊过程,采用ANSYS5.7提供的点点接触单元(Contact 52),浸没管单元(Pipe59),直管单元(Pipe16)对管线起吊过程进行接触非线性和几何非线性有限元分析,得到了较为满意和直观的结果.计算结果可以给出指定起吊高度情况下的管线内管、外管的应力分布以及管线和海底泥面接触点的位置,进而可以校核起吊过程中管线内、外管的强度和稳定性是否满足要求.为海底管线起吊对接计算提供了一种新的思路和方法.     

海底管线探测数据处理及自动化研究

本文针对侧扫声呐系统、海洋磁力仪、管线地层剖面仪及浅水高精度多波束系统等海洋测量设备获取的原始海底管线探测数据,探讨其处理及图像解译,并综合取舍绘制管线平面位置图;再以管线平面位置图为依据编写程序自动生成管线埋藏状态统计表、管线埋深信息表及管线埋设状况图;最后使用Caris Hips多波束处理软件对裸露及悬空管线的隐患位置进行分析,提出合理的治理措施。     

海洋管线动力分析

海洋管线广泛用于海洋工程领域,是一种运输石油和天然气的重要挠性构件,在波浪、流等动力因素作用下容易产生显著的动力响应。本文在忽略转动惯量和剪切应变的情况下介绍了2种用于海洋管线静动力分析的模型:局部坐标下的通用解析模型和三维凝聚参数模型。采用四阶龙格-库塔法积分运动方程,并计算一个实例验证了第二个模型,此模型还可以用于系泊缆、刚性或柔性立管等细长结构的动力分析。     

基于Workbench的拆解平台单侧起吊过程分析

以半潜式拆解平台为研究对象,基于有限元理论、时域耦合理论和系泊缆动力分析理论,对非对称拆解平台单侧起吊过程进行数值模拟.结果表明:起吊过程中,吊物纵荡与横荡运动趋势与平台运动趋势一致;75°吊臂旋转角时,纵荡运动幅度达到最小,而横荡运动幅度达到最大;起吊至一定高度后,文中对360°吊臂旋转角下的平台运动响应进行了分析,找出了大吊载下的危险工况0,30°,90°,并对平台进行了浮态稳性分析,研究成果供工程人员参考.     

海底管线多管捆绑法施工工艺

本文主要介绍安哥拉国家石油公司油码头海底管线多管捆绑法施工工艺。     

被拖运管线的随机动力分析

对在随机传播海浪上被拖运管线的响应问题进行了研究。首先提出了一种对无限长管线的响应进行计算,随后再根据相应的边界条件进行修正的分析方法。然后,又提出了管线的有限元分析模型。两种方法均采用了线性频域方法,所得结果非常一致,但第一种方法所需计算机时要比有限元方法少得多。     

潜艇近海底运动水动力数值计算分析研究

本文以SUBOFF潜艇模型为研究对象,利用FLUENT6.1软件,数值模拟了无限水域下的变攻角水动力特性曲线,与泰勒水池的模型试验结果比较分析表明,数值模拟具有较好的精度.本文用FLUENT6.1软件进一步计算分析了SUBOFF潜艇模型带攻角、带漂角、不同近底距离直航状态下的水动力特性,结果表明:无论有无攻角和漂角存在,潜艇运动(除阻力外)的五个水动力分量随近底距离的变化与"近底距离倒数平方"呈良好的线性关系,例如,Z(H)∝1/H2,或Z′(ζ)∝ζ2,其中ζ=D/H为无量纲近底参数.     

一种崭新的船舶运行原理

这是一项原理性的发明,已获得22个国家的发明专利.该发明提出一种特别的船体浸湿面外形布局,可在不改变原推进系统及其推进功率的情况下,大大提高船艇的性能:船艇前进时激起水动推进力、附加水动升力和相应的水动力矩,从而大幅度提高航速和航向、横向、纵向的安全稳定性;转弯时激起水动助回转力矩和抗船体横向向心倾覆力矩,使船艇可以很小的回转半径和横向倾侧,安全迅速地完成回转;迎浪前进时激起水动反冲击力、附加水动升力和相应的水动力矩,可以抗颠簸失速、纵摇拍击和横摇摆动,使船艇平稳高速地前进,平稳安全地完成回转.应用该原理建造的小型船艇的实航试验证明了其确实具有上述性能.     

首升力体、首鳍/尾板与船体水动力相互干扰与匹配研究

升力体技术已被CFD、缩比模型试验和实船试验证实,在零航速与有航速情况下均可减小船舶在波浪中的运动响应,提高船舶耐波性。该文以数值计算为主要技术手段,结合模型试验验证,开展了首升力体、首鳍/尾板与船体水动力相互干扰与匹配研究。首先,采用自由船模拖曳的数值模拟方法,开展了基于快速性的首升力体与船体位置匹配研究,获得了首升力体在船体上的较佳位置;其次,对首升力体加装首鳍,分析了首升力体、首鳍组合与船体水动力相互干扰,获得了复合初步船型方案;再次,对复合初步船型方案加装尾板,讨论了首升力体、首鳍、尾板组合与船体水动力相互干扰,获得了复合优化船型方案;最后,对复合优化船型方案在规则波中的运动响应进行数值预报与对比分析,并预报不规则波中的减摇效果。文中的研究成果可为后续首升力体在单体船上的应用提供技术支撑。     

操纵运动船艇水动力计算方法研究

船艇水动力的计算方法目前主要有模型实验法、理论经验估算法和计算机模拟法.为了更好地预报船艇水动力性能,运用不同方法对2种典型船艇在不同漂角下运动时横向力进行计算,并对各自结果进行了对比分析,得出各种计算方法的优缺点.研究表明,流体计算软件(Fluent)精度较高,计算速度快,能解决人脑有时不能解决的问题.同时,Fluent计算软件为船艇水动力性能的预报等研究提供良好的方法和有益的探讨.     

Finite-volume simulation of flows about a ship in maneuvering motion

A finite-volume method of computing the viscous flow field about a ship in maneuvering motion was developed. The time-dependent Navier-Stokes equation discretized in the generalized boundary-fitted curvilinear coordinate system is solved numerically. A third-order upwind differencing scheme, a marker and cell (MAC)-type explicit time marching solution algorithm and a simplified subgrid scale (SGS) turbulence model are adopted. The simulation method is formulated, including the movement of a computational grid fitted to the body boundary that allows computation of the flow field around a body under unsteady motion. To estimate the maneuvering ability of a ship, the accurate prediction of the hydrodynamic forces and moments of the hull is important. Therefore, experimental methods of finding the hydrodynamic forces of a ship in maneuvering motion, such as the oblique towing test, the circular motion test (CMT) and planar motion mechanism (PMM) test, were established. Numerical simulation methods for those captive model experiments were developed introducing computational fluid dynamics (CFD). First, numerical methods for steady oblique tow and steady turn simulation were developed and then extended to unsteady forced motion. Simulations were conducted about several realistic hulls, and the results were verified by comparisons with measured results obtained in model experiments. Hydrodynamic forces and the moment, the longitudinal distribution of the hydrodynamic lateral force, and the pressure distribution on the hull surface showed good agreement.     

船舶航行横向补给超越运动控制

为了保证舰船安全,进行航行横向补给运动控制时,需要充分考虑两船水动力干扰的影响。引入水动力干扰负载到船舶运动方程中,建立了两船航行横向补给运动数学模型,给出了运动控制算法。仿真结果表明,两船能够较好地保持期望的横向距离,从而保证了航行横向补给舰船的安全。     

水动反冲击力及其应用

船艇迎浪前进时,在风浪冲击下,艏部会高高翘起、而后又在波谷中跌落,形成纵摇、拍击、颠簸、失速、航速下降、稳定安全性降低等缺点。为了克服这样的不良航态,必须在水动力流场中,造成克服这些弱点的水动力和相应的水动力矩沿船体合理分布。为此,提出设置不同于常规船艇的船底浸湿面外形,使之产生足够强大的水动反冲击力、水动升力及相应的水动航向稳定扶正力矩,确保船艇不偏离目标;凭借足够强大的的水动升力和相应的船艇纵向稳定扶正力矩,消除船艇的纵摇拍击;以相应的船体横向稳定扶正力矩来克服船艇的横摇摆动。最终确保船艇平稳高速地破浪前进。而在风浪中转弯时所激起的强大水动离心力、水动反冲击力、水动升力和相应的水动助回转力矩、水动抗船体向心倾覆扶正力矩又能使船艇以很小的回转半径高速、稳定、安全地在风浪中转弯。     

非线性管土耦合条件下悬跨管道涡激振动响应时域预报

海底悬跨管道与海床耦合呈现高度非线性,使得发展一种时域预报方法成为需要.文章运用有限元法对输液张紧悬跨管道进行空间离散,并应用Facchinetti等改进的尾流振子模型和切片假定模拟每个有限单元上的涡激振动水动力,发展了一种悬跨管道-海床-流场多场耦合的非线性时域预报方法.在合理选取尾流振子模型附加水动力阻尼参数的基础上,时域预报了线性、理想塑性和张力截断弹簧模型下悬跨管道的涡激振动响应.研究结果表明,基于尾流振子的时域预报方法能够合理地描述非线性管土耦合边界下VIV响应;非线性边界条件下,锁定产生的最大响应幅值低于线性结果.     

水动离心力及其应用

针对常规船艇在高速前进时转弯易失去稳定性,继而出现向心倾覆的危险,提出在船底浸湿面设置一对平行对称于船底纵向中心线的导流槽、且在船舷设置压浪阻溅流挡板,从而使船艇转弯时能激起足够强大的水动离心力、水动推进力、水动升力和相应的水动抗船体向心倾覆扶正力矩、水动助回转力矩。依据上述理论和实船、实航的试验结果,证实设置涌浪导流槽和挡板后形成的这些水动力和相应的水动力矩能使船艇在转弯时既保持机动灵活,又能高速稳定与安全。     

两船干扰力测试系统开发

基于虚拟仪器技术和Labview软件平台,开发了两船干扰力测试系统,实现传感器数据的采集、实时显示、保存以及后续分析,系统可靠稳定;提出力传感器的"迭代标定方法",利用开发的系统对传感器数据进行采集分析,验证了该方法的有效性。