超大型浮体的水弹性响应分析

针对海上超大型浮体与波浪相互作用这一流固耦合问题,把超大型浮体简化为二维薄板,应用特征函数展开法求解流场速度势,采用正弦模态函数对结构运动进行模态展开分析,计算浮体的水弹性响应。     

考虑海底地形影响的三模块超大型浮体水弹性响应分析（英文）

基于Boussinesq方程和经典水弹性理论,提出一种可预报布置在近岸或岛礁附近浮式结构物水弹性响应的直接耦合分析方法。文中给出了详细的理论推导、数值求解方法和相应的计算程序THAFTS-BR。基于该程序对均匀和不均匀海底地形条件下三模块超大型浮体运动和连接器载荷响应进行了计算并与相应的水池模型试验结果进行了对比。结果表明,复杂海底地形对超大型浮体的动响应有重要影响。文中给出的结论可为复杂海底地形下多模块超大型浮体及其连接器的动响应分析、设计与制造提供参考。     

近岛礁超大型浮体水弹性响应研究

文章将Boussinesq方程和格林函数法相结合,提出了一种新的用于计算布放在岛礁附近的超大型浮体水弹性响应的数值方法。应用该方法,计算了超大型浮体的运动响应和连接器载荷,并与水池试验的实测值进行了对比。文中的研究内容可为后续的超大型浮体的结构和连接器的设计和安全性评估打下基础。     

箱式超大型浮体在不平底部海域中的水弹性响应

采用作者们(2007)提出的函数展开法描述箱式超大型浮体漂浮在不平底部海域中的水弹性响应问题.将速度势沿静水面位置展开,其系数是水平位置的函数.根据速度势满足拉普拉斯方程就可将这些系数简化到只有两个未知函数.海底条件和平板动力学方程或联合的自由面条件可以分别在Ⅰ区和Ⅱ区建立两个方程用于确定这两个未知函数.不同区域的解要在公共界面上进行匹配.在求解水弹性问题时,展开法必须要截断,从原理上来说,保留的项数越多,其解可以适用于更高阶的kh,其中k是波数,h是水深.作为一个例子,文中给出了只保留一项的结果,而这正好是人们所熟悉的浅水方程.     

箱式超大型浮体水弹性分析的弹性地基梁法

如何快速而精确地估计箱式超大型浮体在波浪中的水弹性响应是设计中需要解决的一个重要问题。在所提出的各种简化分析方法中，弹性地基梁模型是最简单的。本文选择了四种弹性地基梁模型进行比较研究。它们分别称为S_Y_BOEF,T_BOEF,S_BOEF和A_BOEF模型。通过研究发现，由Suzuki和Yoshida提出的S_Y_BOEF模型显得太保守而不适合于实际应用，而其它三种模型是能够合理地估计箱式超大型浮体的水弹性响应的。相比而言，由S_BOEF模型延伸出的A_BOEF模型从概念上的一致性和精度方面都是最好的。弹性地基梁模型的最大优点是简单，可以很方便地在工程设计中应用。     

结构刚度变化对箱式超大型浮体结构水弹性响应的影响

结构刚度改变会导致结构固有频率变化和结构广义刚度的变化。必然会对结构在波浪中的水弹性响应产生影响，本文在某箱式超大型浮体结构单位幅值正弦规则波和不规则波水弹性响应计算的基础上，假定结构质量分布不变，研究了结构刚度变化对箱式超大型浮体结构水弹性响应的影响。得到了一些有价值的结论。     

超大型浮体模块水弹性响应和结构强度分析

水弹性方法针对超大型浮体的刚度特点,充分考虑了结构变形与流体运动的相互作用,是进行结构安全性分析的有效手段。文章采用水弹性分析方法研究了超大型浮体单模块总体波浪载荷以及结构应力响应。首先基于三维有限元方法分析了模块在真空中的总振动模态,然后结合模态叠加法和边界元法计算了模块在流场里面的谐振和模态响应。在此基础上,研究了各模态下结构的应力响应以及总应力响应,并分析了危险载荷工况,评估了超大型浮体单模块的结构强度,研究结果对超大型浮体单模块结构优化设计和安全性评估具有一定的指导意义。     

畸形波作用下的浮式结构水弹性响应分析

本文基于时域下CFD-FEM方法,在三维粘性数值水池中建立畸形波浪与弹性浮体相互作用的耦合数值模型。基于JONSWAP波浪谱的组合聚焦模型,采用推板造波方法,模拟数值水池中畸形波波浪的生成。流场区域采用CFD方法求解,得到流场中的速度场与压力场的变化;浮体结构采用FEM方法进行计算,获得结构内各节点的垂向位移变化情况,数值方法可以准确地模拟所期望的畸形波以及分析弹性浮板的水弹性响应。计算结果表明,聚焦波的浪向、聚焦位置和频带宽度对浮板的水弹性响应均有较大影响。     

一种基于离散模块的浮体水弹性响应预报方法

文章基于传统的多体水动力学和有限元方法,将连续的浮体离散为由有限个弹性梁元连接的刚体子模块,各个模块不仅受到相邻模块的水动力的干扰,同时还受到为保证结构连续性而引入的等效连接梁的作用,从而建立了一种新的可以用于求解浮体水弹性响应的数值方法。采用文中的数值计算方法,对一个箱形的超大型浮体的水弹性响应进行了研究。并通过与传统的水弹性方法计算结果的对比,证明了文中的方法的正确性和可靠性。该文的数值计算方法可为以后非均匀海洋环境下浮式结构物的水弹性响应计算提供依据。     

多浮体铰接薄板结构运动响应研究

应用Newman的广义运动模态分解方法和拉格朗日乘子法,基于波浪辐射和绕射理论建立了铰接多浮体结构水动力响应的运动方程,应用预修正快速傅里叶变换(p FFT)的边界元方法对由15块板组成的铰接多浮体结构的运动响应进行了研究。数值结果表明该p FFT方法计算精度和计算速度均很高,可用于任意形状和约束状态的多体结构的水动力分析。板间距的改变对铰接点处垂荡和横摇影响较大。     

铰接多浮体耦合解析计算

利用Lagrange方程求解波浪作用下的铰接多浮体结构运动响应.基于二维微幅波理论,将流场分成若干子区域,在每个子区域内将速度势用特征函数展开,在各区域边界上进行速度势及水平速度的匹配并结合运动方程耦合求解速度势中的系数及结构响应值.计算与实验结果的比较表明,所采用的计算方法是合理的,可以为研究波浪与铰接多浮体相互作用作为参考.     

Hydroelastic analysis of a nonlinearly connected floating bridge subjected to moving loads

In this paper, the motion equations for the nonlinearly connected floating bridge, considering the nonlinear properties of connectors and vehicles’ inertia effects, are proposed. The super-element method is used to condense the whole calculation scale, and the direct integration and Newton–Raphson iteration method are applied to solve the reduced equations. Based on the modal and static analyses, the dynamic displacement and connection forces characteristics of a floating bridge with nonlinear connectors subjected to moving loads are investigated. It is found that nonlinearity and initial gap of the connectors are important for the hydroelastic response of a nonlinearly connected floating bridge.     

Hydroelastic analysis of a very large floating plate with large deflections in stochastic seaway

The hydroelasticity of a very large floating plate with large deflections in multidirectional irregular waves is discussed. After a brief introduction on wave loads on a flexible structure, the paper derives the generalised fluid force acting on a floating structure in multidirectional irregular waves. The nonlinear sectional forces induced by the membrane forces in the plate are deduced. The hydroelastic response equations of a floating plate with large deflections in multidirectional irregular waves are established, and a solution method in the frequency domain is discussed including extreme value statistics. A very large floating structure is chosen as an example. The numerical results show that the influence of the membrane forces on the vertical displacements and the bending moments is noticeable but not that large.     

Hydroelastic responses and interactions of floating fuel storage modules placed side-by-side with floating breakwaters

This paper is concerned with the hydroelastic responses and hydrodynamic interactions of two large floating fuel storage modules placed side-by-side with the presence of floating breakwaters. These modules and breakwaters form the floating fuel storage facility (FFSF). The floating storage modules and breakwaters are modeled as plates and the linear wave theory is used to model the water waves in the numerical model. The numerical model is verified with existing numerical results and validated with experimental test. Numerical simulations are performed to determine the hydroelastic behavior and hydrodynamic interactions of floating storage modules placed adjacent to each other and enclosed by floating breakwaters under various incident wave angles. The effects of breakwaters, drafts, channel spacing formed by the two adjacent modules and water depth on the hydroelastic responses of the modules are investigated. The wave induced responses of multiple floating storage modules enclosed by floating breakwaters are also examined.     

复杂地形下平台水弹性响应研究

在以往的研究中,波浪对浮体的水动力响应作用大多采用有限均匀水深或无限水深情况进行计算,考虑实际复杂地形对浮体性能影响的研究较少,但事实上地形的变化对浮体影响不可忽略,尤其岛礁附近区域珊瑚礁地形复杂,需要考虑地形对波浪场的影响。文章先从简单情况入手,入射波浪采用有限水深均匀入射波,使用有限水深格林函数求解源强,但加入了地形对浮体波浪绕射和辐射的影响。基于这些假定,验证了该方法计算结果的准确性,进而对某浮式平台在复杂地形下的水动力进行计算,并与均匀有限水深的结果进行比较,两者总体趋势吻合。结果表明,地形的存在对低频区运动响应影响较大,相比均匀水深波动较大。该文可以为浮体在实际地形下水动力响应计算研究工作的开展提供一个参考。     

爆炸载荷下舱壁结构模型化技术研究及其结构响应分析

舰船在海战中是最易受到攻击的目标,反舰导弹打入到舰船内部会产生大量的冲击波。因此在狭小的舱室内,爆炸冲击波对舰船舱壁结构的破坏不容忽视。本文运用大型有限元软件MSC.DYTRAN对舱壁结构进行数值仿真模拟。先对结构的有限元模型进行研究,确定其舱室个数,结构简化程度及建模所需的其他参数。然后对单、双层舱壁模型结构进行响应分析,单、双层舱壁模型结构的响应数值进行对比,得出双层舱壁结构模型的抗爆抗冲击能力明显优于单层舱壁结构模型,以上结论为舱壁结构的优化设计提供了参考。     

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。     

Non-linear dynamic analysis of the response of moored floating structures

The complexity of the dynamic response of offshore marine structures requires advanced simulations tools for the accurate assessment of the seakeeping behaviour of these devices. The aim of this work is to present a new time-domain model for solving the dynamics of moored floating marine devices, specifically offshore wind turbines, subjected to non-linear environmental loads. The paper first introduces the formulation of the second-order wave radiation-diffraction solver, designed for calculating the wave-floater interaction. Then, the solver of the mooring dynamics, based on a non-linear Finite Element Method (FEM) approach, is presented. Next, the procedure developed for coupling the floater dynamics model with the mooring model is described. Some validation examples of the developed models, and comparisons among different mooring approaches, are presented. Finally, a study of the OC3 floating wind turbine concept is performed to analyze the influence of the mooring model in the dynamics of the platform and the tension in the mooring lines. The work comes to the conclusion that the coupling of a dynamic mooring model along with a second-order wave radiation-diffraction solver can offer realistic predictions of the floating wind turbine performance.