系泊Spar平台波浪中耦合运动的数值模拟及模型试验

为了研究恶劣环境载荷引起海洋结构物的非线性运动响应,文章基于三维时域格林函数理论,提出了采用时域物面非线性理论方法直接模拟系泊浮体时域耦合分析所需的水动力,建立了系泊浮体波浪中时域耦合运动的数学模型.该方法充分考虑了每时每刻浮体在瞬态波面下湿表面的变化,并计及平均水线面下瞬时空间位置的改变,系统研究了系泊Spar平台波浪中的耦合运动响应及系泊线张力.最后,将数值模拟结果与模型试验结果进行了比较,计算结果令人满意.     

浮式生产储油装置系泊系统计算分析

系泊系统是FPSO设备的重要组成部分,应用三维势流理论、时域非线性有限元法模拟系泊缆索动力特性,以挪威船级社(DNV)的SESAM程序作为主要工具,对单点分组系泊形式下的FPSO运动响应及系泊力问题进行研究.给出了FPSO六个自由度的运动情况和导缆孔处张力结果,得出作用在FPSO上的波浪漂移力与一阶波浪激振力在同一个数量级都比较大.     

多点系泊船舶在波浪中的运动及其系泊力

运用理论方法研究多点系泊船舶在波浪中的运动及其系泊力,建立了多点系泊船舶在波浪作用下的运动和系泊力的计算模型和求解方法,提出了带浮筒的链系的特性计算方法。采用时域计算解决链系的非线性问题。通过模型试验验证计算方法的精度和可靠性,开发了可供工程计算的计算程序。     

系泊船舶试验中风荷载的模拟

基于大型LNG船舶系泊物理模型试验,对2种试验室风荷载模拟实现技术（风机法与挂重法）进行分析与对 比。由风压力试验结果得出“风机法模拟风荷载结果与多个常用经验公式计算结果相差不大”的结论。风浪联合作用下的 船舶系泊模型试验结果表明:单纯风工况下2种方法测得的系缆力有所差异,但叠加波浪荷载后这种差异变小且不同位置缆绳 受力分配状况也有所改善。对上述结论及其形成原因进行与探讨,为船舶系泊物理模型试验中风荷载的合理模拟提供借鉴。     

张力缆系泊浮体的数值波浪水槽时域模拟

为了能够快速真实地模拟波浪与张力缆系泊浮体相互作用问题,基于二维边界元格式建立了线性条件下的数值波浪水槽,并以此为基础对张力缆系泊浮体与波浪相互作用问题进行了时域数值模拟。张力缆的作用以系泊刚度的形式表达。与其他学者的相关研究结果对比表明该计算程序是可靠的,该方法可以为相关海洋工程的设计研究提供有利的参考。     

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。     

海洋结构物时II边界积分方程的改进方法

文章基于三维时域格林函数理论,提出了一种时域边界积分方程的改进计算方法,用于预报海洋结构物在波浪中运动受到的时域波浪力.该方法通过利用物体内部构造的满足拉普拉斯方程的内部解,在时域边界积分方程中只需要计及时域格林函数记忆项本身,从而有效地避免了求解具有高震荡积分特性的时域格林函数记忆项的法向导数.对潜体和浮体作了计算,结果表明,这种方法十分有效,可以有效节省内存使用量和计算机空间.通过与相关已发表文献的结果进行比较,计算结果令人满意.     

防风水鼓系泊系统系泊力的计算方法

介绍在时域内，防风水鼓系泊系统在风、浪、流联合作用下计算系泊力的1种方法。该方法是在分析波浪荷载时，使用了设计波法和非线性Stokes五阶波，并由经验公式求出了船舶的风、流作用力。由准静态方法计算了初始条件后，在忽略了锚链和水鼓动态效应对船舶运动的影响条件下，求解了系泊力和船舶的运动时历。再由二维集中质量法建立了锚链和水鼓的数学模型，用Houbolt方法求解了锚链和水鼓的运动方程，并对系泊力进行了修正。将计算结果和其它经验公式计算的结果进行了比较，吻合得较好，表明本文建立的方法能够用于防风水鼓系泊系统的系泊力计算。     

系泊油轮与海上平台的碰撞力分析

考虑风、浪、流的联合作用以及平台护舷非线性恢复刚度,研究船舶系泊状态与平台的撞击力及其分布规律。针对不同的风、浪、流的作用方向以及不同的风速、波高及流速,计算波浪和海流的载荷,建立系泊船舶的分析模型,采用频域与时域分析方法,进行系泊船舶运动及其与平台之间碰撞力的仿真,得到系泊船舶与平台的碰撞力时间历程,并分析不同碰撞力发生的概率,确定发生最大碰撞力的风、浪、流方向,比较常量护舷刚度与非线性护舷刚度的计算结果。结果表明,橡胶护舷刚度的选取对于碰撞力的计算结果影响显著,选取非线性护舷刚度计算靠泊碰撞力十分必要,用目前的经验公式计算得到的碰撞力偏差较大。     

Experimental study on dynamic response of a floating offshore wind turbine under various freak wave profiles

This study performed experimental investigation on the dynamic response of an in-place floating offshore wind turbine (FOWT) under freak wave actions. Based on the method of wave profile modulation, various freak wave profiles embedded in unidirectional Gaussian seas were generated in wave basin and the action of these waves on the FOWT was measured and analyzed, which has not been done before. The motions of FOWT were analyzed in time domain as well as time-frequency domain. The effect of freak wave parameters on FOWT motions was addressed, i.e., freak wave height, freak wave period, large crest, and deep trough. The dynamic response of FOWT was observed as a spike at the occurrence of freak wave in a conventional random wave, where the impact of freak wave can last for 17 spectral peak periods of wave. Data analysis shows that the motions of FOWT increased linearly with the freak wave height. In addition, the occurrence of freak wave induced the coupled effect on surge and pith, which was strengthen with the increase of freak wave height and wave period. Compared to a large crest, a deep trough of freak wave led to stronger motions and was supposed to be a key concern on the safety of the FOWT. The novel findings in this study provided a reference for the design of survival load on a FOWT and benchmarks for validating numerical models.     

采用THOBEM方法研究波流与结构物相互作用的数值模拟(英文)

To study wave-current actions on 3-D bodies a time-domain numerical model was established using a higher-order boundary element method (HOBEM). By assuming small flow velocities, the velocity potential could be expressed for linear and higher order components by perturbation expansion. A 4th-order Runge-Kutta method was applied for time marching. An artificial damping layer was adopted at the outer zone of the free surface mesh to dissipate scattering waves. Validation of the numerical method was carried out on run-up, wave exciting forces, and mean drift forces for wave-currents acting on a bottom-mounted vertical cylinder. The results were in close agreement with the results of a frequency-domain method and a published time-domain method. The model was then applied to compute wave-current forces and run-up on a Seastar mini tension-leg platform.     

波浪对箱形船作用的三维耦合计算模型

为获得具有工程实用价值的港口三维船非线性波浪力的时域计算方法,该文建立了波浪对港口中船非线性作用的三维时域计算耦合模型:用欧拉方程计算船底面下的内域,用Boussinesq方程计算船侧面到港口边界的外域,两域在交界面处匹配条件是流量连续和压力相等.并进行了相关模型实验,实验结果和数值计算结果比较表明该耦合计算模型具有满意的精度.此外,该三维耦合模型数学处理简单,计算效率高,可适用于工程计算.     

港湾内非线性波浪对船剖面作用的时域计算模型(英文)

文中用边界元数值求解复速度势模拟了波浪对船剖面的时域作用力,采用满足运动学和动力学条件的半拉朗格朗日法跟踪流体的自由表面.推导了适用本数值模型的辐射边界条件,此边界条件和海绵层边界条件组成的出口边界条件,可以使波浪很好地被吸收或传播出去.进行了相关物理模型实验,数值计算结果和实验结果的对比表明此模型能精确模拟波浪对船的作用力.     

A time-domain higher-order boundary element method for 3D forward-speed radiation and diffraction problems

A time-domain higher-order boundary element method for seakeeping analyses in the framework of linear potential theory is newly developed. Ship waves generated by two modified Wigley models advancing at a constant forward speed in calm water or incident waves and the resultant radiation and diffraction forces are computed to validate this code. A rectangular computational domain moving with the same forward speed as the ship is introduced, in which an artificial damping beach is installed at an outer portion of the free surface except the downstream side for satisfying the radiation condition. The velocity potential on the ship hull and the normal velocity on the free surface are calculated directly by solving the boundary integral equation. An explicit time-marching scheme is employed for updating both kinematic and dynamic free-surface boundary conditions, with an embedding of a second-order upwind difference scheme for the derivative in the x-direction to stabilize the calculation. Extensive results including the exciting forces, added mass and damping coefficients, wave profiles, and wave patterns for blunt Wigley and slender Wigley hulls with forward speed are presented to validate the efficiency of the proposed 3D time-domain approach. The corresponding physical tests of the radiation and diffraction problems in a towing tank are also carried out. Computed numerical results show good agreement with the corresponding experimental data and other numerical solutions.     

规则迎浪中船舶参数横摇的三维时域预报方法研究

参数横摇是船舶因复原特性改变而引起的典型非线性现象。文章采用三维时域方法预报规则迎浪中船舶的参数横摇运动。该方法引入匹配面将流域分为内域和外域,内域中采用Rankine源来满足物面条件和线性自由面条件,而外域中应用时域格林函数来满足线性自由面条件和远场辐射条件。数值方法中,Froude-Krylov力和恢复力是通过对船舶瞬时湿表面积积分获得,同时考虑了横摇、垂荡和纵摇三自由度之间的耦合作用,以及非线性横摇阻尼的影响。数值结果与试验结果吻合很好,说明该方法可以有效地预报参数横摇。     

波浪作用下单体网格式浮架受力的数值模拟

模型试验表明重力式网箱在波浪作用下，单纯浮架的受力贡献比例较大。本文运用波浪理论，通过建立浮架、锚绳及浮子的运动方程，采用五阶龙格-库塔进行数值求解，得到了单体网格式锚碇单纯浮架的数值计算模式。将计算模型简化为四点锚碇，并将计算结果与实验结果进行了比较，二者符合程度较好。在此基础上，比较了单体网格式锚碇与四点锚碇单纯浮架的受力，结果表明网格式锚碇方式浮架受力较小。     

一种船舶运动和载荷响应的非线性预报方法

首先采用半解析的方法得到时域水动力系数,并给出一些数值计算时实用性的建议,然后计及瞬时湿表面变化引起的非线性恢复力和入射波力并在时间域内计算运动方程,最后对实船进行了运动和载荷预报,数值结果与模型试验数据对比表明,载荷非线性要比运动非线性明显;采用的计及非线性影响的预报方法是切实可行的。     

船体在波浪中的非线性水动压力

本文提出了一个预报船体在波浪中大幅运动时非线性水动压力场的二维时域理论。船体扰动势用时域自由面格林函数和在入射波下的瞬时湿表面上的分布源求解;与非线性水动压力场相匹配的船体运动用差分法求得。为提高计算效率和避免数值过程发散,采用了改进的数值模型和方案。通过线性理论计算与模型试验结果的比较,指出了线性切片理论在预报水动压力场时的不足,水动压力与波高的非线性关系及正负水动压力沿船体表面的分布在Wigley船的计算比较中得到了说明。初步计算表明,该理论的实用化发展前景是令有鼓舞的。相应的计算机程序可在PC机上运行。