复杂流态下系泊船的水动力特性研究

为研究复杂流态下系泊船的水动力特性,在最佳系缆方式未知的情况下,通过约束船舶横荡、纵荡、艏摇三个方向的运动近似替代缆绳的约束作用,建立系泊船简化模型.在完成网格无关性和数值方法可靠性验证的基础上,对常规流态以及复杂流态下系泊船的粘性流场进行数值模拟,分析系泊船水动力系数和运动响应的变化规律.结果表明:随着水流流速的增大...     

深中通道管节港内系泊动力响应试验研究(Ⅰ:单管节试验)

系泊寄存于港内的待浮运管节在大风大浪等强动力条件下存在系泊安全风险，明晰管节港内系泊动力响应规律对科学评估及优化设计系泊方案、提升系泊安全性具有重要意义。文章以深中通道沉管隧道工程为依托，通过物理模型试验方法，测量了单个管节港内系泊的运动响应及系缆力等参数，系统分析了港内波浪发育规律、不同向波浪对港内泊稳条件影响以及不同类型动力条件下的管节动力响应特征及规律。研究主要结论有：外海波浪作用方向及时长对港内波浪分布及大小影响显著，进而影响系泊管节的动力响应；不同类型动力条件下空载或半载是管节系泊寄存的较不利载况，风是管节系泊动力响应的主控动力因素；风浪联合作用下，管节最显著的运动分量为横移和横摇，且均发生在空载、吹开风叠加波浪作用条件下。     

FSRU-LNGC旁靠作业运动响应研究

浮式储存及再气化装置（FSRU）-液化天然气船（LNGC）多浮体系泊系统在风、浪、流的联合作用下水动力响应复杂。首先提出一种多浮体系泊系统旁靠作业的布置方式,然后通过数值模拟得到对风浪流联合作用下该系统六自由度运动及相对运动、缆绳张力和护舷受力的响应时程,最后分析给出预张力对船舶运动响应、缆绳张力及护舷受力的影响规律。结果表明：该布置方式在选择的环境载荷下可以满足使用要求,所采用数值模拟方法对同类多浮体系泊系统运动分析有参考意义。     

FSRU-LNGC旁靠作业运动响应

对浮式储存及再气化装置(FSRU)-液化天然气船(LNGC)多浮体系泊系统在风、浪、流联合作用下的水动力响应进行研究。提出一种多浮体系泊系统旁靠作业的布置方式,通过数值模拟得到风、浪、流联合作用下该系统六自由度运动及相对运动、缆绳张力和护舷受力的响应时程,分析给出连接缆绳预张力对船舶运动响应、缆绳张力和护舷受力的影响规律。结果表明,该布置方式可满足选择的环境载荷使用要求,所采用的数值模拟方法对同类多浮体系泊系统运动分析有参考意义。     

深水系泊缆绳动力特性研究

考虑波浪、海流、顶部浮体运动与海底接触效应的影响,依据集中质量法建立系泊缆绳柔性力学模型,以一座深水半潜式平台的系泊系统为例,对比研究了各种因素对于缆绳动态张力与水中构型的影响程度,最后采用模型试验方法对数值计算结果进行验证。研究表明：缆绳的动态系泊张力主要由浮体运动所引起,可达总张力的20%左右,海流流速可使得缆绳形态出现大变形,导致缆绳卧底长度发生明显改变,危及平台作业安全,波浪与海底摩擦对于缆绳响应的直接作用较小,设计阶段基本可以忽略不计。     

风浪流联合作用下船舶码头系泊的时域分析

针对大型船舶结构,提出一种码头系泊方案,并基于三维势流理论,建立了船舶码头系泊耦合运动响应分析方法。以一型散货船为例,分析风、浪、流载荷联合作用下,首尾缆采用不同材料对船舶运动响应和系泊缆张力的影响。数值计算结果表明：本文提出的码头系泊方案效果良好,首尾缆材质形式不同对船舶时域响应影响较大,其中首尾缆采用3根高分子缆绳系泊形式时域响应最好。     

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。     

Spar风机非稳态动力响应分析

文章采用多体动力学仿真器FAST,研究5MW OC3 Hywind Spar浮式风机平台非稳态动力响应,计算工况为JONSWAP海浪谱,有义波高6.8 m,谱峰周期10.2 s,流速0.642 m/s,波浪、流和风方向均为0°。研究结果表明在气动载荷影响下,风机运行相比于风机停机时,浮式平台垂荡运动幅值减小,而平台纵荡和纵摇的运动幅度增加到2.1和1.5倍,其他自由度的运动幅度增加到1.2～1.8倍,平台系泊张力响应幅度最大增加到4倍。此外发现相对于风机正常运行情况,风机启动过程中平台的纵荡运动幅值增加19.3%,引起平台大幅度漂移运动,导缆孔张力增加10%。气动载荷主要影响平台6个自由度运动的最值和均值,而对平台系泊张力主要影响其标准差,建议研究浮式风机基础的运动响应及系泊张力应考虑风机运行的气动载荷。     

多点系泊起重船数值分析与试验对比研究

以一艘工作水深46m的现役起重船为研究对象,采用基于全QTF法的时域准静态分析法对实际尺度起重船与系泊系统进行耦合数值分析,并与1:50的模型试验结果进行比较。结果表明:由于不考虑粘性阻尼影响,纵荡、纵摇的计算结果偏大,垂荡运动计算结果较为可信;垂荡、纵摇运动具有一阶低频成分,该响应对起重船的作业安全具有一定的威胁,应当给予重视;粘性阻尼、缆绳动力响应与水深对系泊起重船运动与缆绳张力的影响还有待研究。     

铺缆船与电缆耦合系统动力学分析

提出一种铺缆船与电缆耦合系统动力响应时域分析方法。针对“启帆9”号铺缆船进行了船模阻力试验，得到铺缆船阻力系数，以确定其流载荷。基于势流理论，使用AQWA软件对铺缆船进行频域水动力分析，以确定其波浪载荷。结合上述计算结果，使用动力学分析软件Orca Flex建立了基于海底电缆铺设过程的耦合动力学模型，通过对考虑了环境载荷、系泊载荷和电缆载荷的动力学方程进行求解得到铺缆船动力学响应，将铺缆船运动作为电缆顶端的运动边界条件进行输入。与传统RAO方法相比，该方法充分考虑了铺缆船与电缆间的相互影响，可模拟实际海况中铺缆船施工时电缆的张力和曲率动态响应。分别采用该耦合模型方法和RAO方法计算铺缆船系统的动态响应，结果表明，RAO计算方法低估的电缆张力达9.9%。使用耦合模型方法分别建立八点系泊和四点系泊数值模型，比较了这两种系泊方案下海底电缆的动力响应，结果表明，四点系泊系统的电缆最大张力比八点系泊系统大15.9%，但二者都远小于最大允许张力。     

大型集装箱船港口系泊分析

随着集装箱吨位和装载箱数的不断上升,对大型集装箱船港口系泊的研究显得尤为迫切。考虑风、浪、流联合作用的环境条件,运用基于势流理论的AQWA软件对停靠港口船舶的系泊系统进行建模。调用Hydrodynamic Diffraction和Hydrodynamic Response两个模块,在设定相关的参数和条件后,计算得到该停靠船舶在极端工况下的船体时域运动响应情况和每根缆绳的系泊张力大小。由计算结果可知,当风、浪、流的速度和方向不同时,船体在x, y, z方向的运动偏移量和各系泊缆的受力均不相同。最后,对系泊缆的破断安全性进行了校核。研究结果可以为基于AQWA的大型集装箱船码头系泊研究提供参考和思路。     

缆绳预张力和刚度对自升式平台码头系泊性能的影响

在台风等恶劣环境下,自升式平台在码头进行舾装、维修作业时极易发生碰撞事故,需要对其进行码头系泊。系泊方案一般采用中间垫靠驳船的方式。本文利用流体软件Fine/Marine计算平台的风、流载荷系数,结合系泊软件Orcaflex模拟了在台风状态下自升式平台码头系泊系统,通过给缆绳设置不同预张力和刚度,计算分析最终系泊缆绳受力和平台运动。结果显示施加预张力和增加缆绳刚度均能减小缆绳最终受力和平台运动幅度,而且增加刚度的效果好于增加预张力;每根缆绳预张力大小还应保证一致,更有利于系泊系统稳定性。所得结论对于自升式平台码头系泊方案设定具有重要意义。     

大型集装箱船码头系泊及抗台风计算分析

运用BV(法国船级社)系泊分析软件ARIANE7.0.2对某10000TEU集装箱船码头系泊状态进行研究,采用时域计算方法分析了风、流载荷共同作用下预张力、缆绳材质和系泊布置等对系泊系统张力的影响。结果表明:确定合适的预张力能够改善系泊系统的受力状态;弹性模量的取值大小对缆绳张力影响明显;缆绳配置数量并非越多越好,同时要尽量避免系泊缆的垂向角度过大。还给出了满足台风状态下码头系泊安全要求的系泊布置方案。     

驳船港内防台风系泊方案研究

基于时域耦合模型，采用数值分析方法研究了驳船港内防台风系泊的可行性问题。考虑缆绳和护舷的非线性特性，针对不同的系缆布置方案，分析了船舶、系泊缆绳与护舷耦合系统的动力响应特性，为防台风系缆布置推荐了合理可行的布置方案，并讨论了不同预张力的缆绳荷载的影响规律。计算结果表明：当缆绳数量增加至16根采用422系泊方案布置时，可满足给定台风条件下的系泊安全。研究结果同时表明，缆绳荷载并未随着预张力的增大而一直降低，而是有先降低后增大的趋势，在进行系泊操作时，需要选取合理的预张力。     

系泊浮箱运动稳定性影响因素分析

对于水上系泊系统,系泊方式对于整个系泊系统的系泊力和运动精度有着非常重要的影响,有必要分析不同系泊方式对系泊系统运动性能和系泊缆动力性能的影响,揭示系泊方式对系泊系统的作用和影响机理。基于势流理论,结合大型水动力学软件AQWA,以一种简单的矩形浮箱式结构物为典型示例,根据浮箱基本参数及相关技术要求,考虑系泊半径、预张力、张开角度等影响系泊性能的主要因素,建立系泊系统动力分析计算模型。分析结果表明:随着缆绳系泊半径的增加,系泊半径对最大系泊力的影响逐渐减少;增加系泊缆的预张力能够有效减少浮体纵荡偏移,提高系泊系统工作的稳定性;增加系泊缆张开角度能够更好地抵抗横向环境载荷,提高平台定位能力。     

大型海上风机浮托安装进船过程数值分析

对海上风机浮托安装的进船过程进行分析,对于H型双体船分别从频域和时域等两个方面进行模拟。在频域模拟过程中,得到不同来浪方向H型驳船的运动RAO;在时域模拟过程中,采用悬链线系泊得到进船过程中波浪作用下船体的缆绳张力。通过计算分析可得:随着缆绳长度的增加,系泊张力逐渐减小;系缆长度相近,系泊张力随之相近。建议在进船过程中需布置长度相近且尽可能长一些的系缆。     

大型非自航绞吸挖泥船极限海况单锚系泊设计

基于三维势流理论,对某大型非自航绞吸挖泥船开展频域水动力性能计算,包括运动幅值响应算子和二阶波浪力传递函数等,采用时域耦合数值分析方法计算不同工况下单锚系泊的绞吸挖泥船的纵荡运动响应,得出锚泊线张力随时间变化的规律,依据DNV规范对锚泊线张力时域数据进行统计分析处理,得出锚泊线的最大张力值。结果表明,由于二阶低频波浪力作用引起的船体纵荡运动幅值增大,进而诱导锚泊线张力的增大,对绞吸挖泥船单锚系泊设计带来严重的安全隐患,因此,单锚系泊时需重点考虑二阶低频波浪力的影响。     

缆绳非线性刚度对深海系泊系统的影响

聚酯缆绳因其质轻、无腐蚀而多用于深海系泊系统。聚酯缆绳的材料非线性决定了在实际工程应用中,轴向刚度表现为非线性特性。针对此特性,以动态时域方法分析聚酯缆绳的数值模型,在风、浪、流的环境载荷作用下,考虑FPSO的耦合作用,对比轴向线性刚度与轴向非线性刚度下的船体运动响应和聚酯缆绳的张力。结果表明,非线性刚度更能准确描述船体真实运动及缆绳的张力变化,对以后优化锚泊系统的设计有着重要的意义。     

30 000 DWG散货船码头系泊模型试验研究

对30 000 DWG散货船在开场水域码头系泊开展了模型试验研究。在风浪流组合工况中,对不同系泊方式的系缆张力和船舶运动进行了分析。分析结果表明,流向和缆绳长度对系缆张力有显著影响。试验结果可为类似船舶码头安全系泊提供重要技术参考。     

群性波列作用下系泊船舶的水动力响应数值模拟

该文根据随机波群的模拟方法,模拟得到具有同一有效波高,有效周期但不同群性的随机波列,研究了不同群高参数GFH和群长参数GLF的波列作用下系泊船的运动响应及缆绳张力。数值计算结果表明,系泊船横移运动量和缆绳张力呈现随波浪群高的增大而增大的趋势,升沉运动量也略有增加,而波浪群长的变化对系泊船的运动响应及缆绳张力基本没有影响。