纤维系缆动刚度特性研究

随着海洋油气开发向深海转移,新型绷紧式系泊系统凭借其在深水应用中表现出的诸多优越性而倍受关注。文中对聚酯纤维系缆的应力应变关系进行了考查,基于弹性模量的经验公式,推导出无量纲的动刚度计算公式,采用误差控制的迭代求值方式求解单根系缆动刚度。该理论计算方法较之于有限元数值计算方法更简洁快速。选取了一座工作水深为1500 m的新型单柱式（Spar）平台,计算系泊系统单根系缆的动刚度和张力,并与有限元计算结果进行对比,二者非常吻合。     

深海系泊缆的动刚度特性

针对纤维缆在交变载荷作用下存在的动刚度问题,基于集中质量法的思想建立了系缆的动张力计算模型,编制了能够有效分析系泊系统动力响应的源程序.将张力程序计算结果与商业软件计算结果进行对比,验证了算法程序的准确性,并在此基础上分析了纤维缆复杂的应力应变行为,采用统计的原理计算平均张力和张力幅值,将动刚度引入模型中探究其对系泊张力的影响.此外,分析系统在不同运动形式及环境载荷下的张力结果,研究考虑动刚度后系统参数对系泊张力的影响规律.     

深海系泊缆的动刚度特性

针对纤维缆在交变载荷作用下存在的动刚度问题,基于集中质量法的思想建立了系缆的动张力计算模型,编制了能够有效分析系泊系统动力响应的源程序。将张力程序计算结果与商业软件计算结果进行对比,验证了算法程序的准确性,并在此基础上分析了纤维缆复杂的应力应变行为,采用统计的原理计算平均张力和张力幅值,将动刚度引入模型中探究其对系泊张力的影响。此外,分析系统在不同运动形式及环境载荷下的张力结果,研究考虑动刚度后系统参数对系泊张力的影响规律。     

海底地形及弹性对绷紧式系泊系统静力特性影响研究

选取1?500?m的Spar平台工作为例,分析其绷紧式系泊系统的静力特性,并开发了以C++语言为基础的程序,用于计算单根纤维系缆张力、系泊系统的总水平恢复力-位移特性和总垂直恢复力-位移特性。建立海底等效弹簧模型分析不同海底地形对单根系缆的张力-位移特性的影响,重点研究了不同海底弹性基础的系缆张力、系泊系统总水平和总垂直恢复力-位移特性,为绷紧式系泊系统的数值分析及理论研究奠定了一定基础。     

内转塔单点系泊刚度对不同参数的敏感性分析

内转塔式单点系泊系统在海洋石油装备中得到广泛应用。为研究该类型单点系泊系统的刚度特性,以我国南海一艘内转塔式单点系泊浮式生产储油设备(FPSO)的系泊系统为研究对象,采用浮体系泊分析软件Ariane分别建立单根系缆和系泊系统的静力分析模型,基于线弹性悬链线理论计算单根系缆和系泊系统的刚度,并重点针对吃水、系缆轴向拉伸刚度、系缆配重、系缆长度等参数进行系泊刚度敏感性分析,研究不同参数变化对系泊刚度的影响。结果表明:系泊刚度对系缆长度变化十分敏感;吃水和系缆长度主要通过影响系缆预张力来影响系泊刚度;系缆轴向拉伸刚度主要影响大位移条件下的系泊刚度;配重只影响一定位移范围内的系泊刚度。最后,给出了单点系泊系统设计的建议。     

新型沙漏式FDPSO系泊系统疲劳性能评估

为了解决传统船型和已有圆柱筒状FDPSO的性能局限,提出一种具有沙漏型浮式主体的新概念FDPSO。为了满足深海海域系泊的需求,新概念浮体采用钢链-纤维缆-钢链三段组合式的绷紧系泊系统。根据深海绷紧式系泊系统中纤维缆的力学特性,对系泊系统动刚度特性进行了分析。在此基础上,在时域内求解系泊系统的动力响应,并采用T-N曲线法得到系泊缆在长期海况下的疲劳损伤,通过对结果的分析得到了一些有意义的结论,对今后工程应用具有重要参考价值。     

深海系缆动张力的超谐动力响应

文章考虑深水系缆的拉伸和弯曲变形,取正交坐标和切向量描述任意结点的6个广义位移,考虑缆变形的几何非线性和水动力影响,基于细长杆理论推导缆索的单元刚度矩阵,引入单元内张力一致假设,推导出12×12的非线性刚度矩阵,并与有限元软件对接。针对1800m水深平台的系缆,考虑系缆端点垂荡运动,以及端点垂荡、横荡和海流作用两种状态下系泊系统的动力响应。计算结果表明,端点运动和海流作用,引起系缆系统的二倍超谐动力响应,并且随着流速增大,系缆超谐动力响应增大,系缆的超谐动张力分量对于缆索疲劳累积损伤具有重要影响,在系缆疲劳分析时应该予以考虑。     

基于T-N曲线和Miner理论的绷紧式深海系泊缆疲劳损伤研究

采用基于T-N曲线和Miner线性累积损伤准则的疲劳累积损伤法对绷紧式系泊系统中聚酯纤维缆的疲劳损伤进行研究。简单阐述了系泊系统疲劳分析的相关理论,并给出了疲劳损伤的具体计算步骤。借助于Ansys/Aqwa以及Matlab软件,以"海洋石油981"为半潜式平台模型,计算了1 500 m水深的绷紧式系泊系统中聚酯纤维缆顶端的疲劳损伤。研究结果表明:低频海况以及高幅值海况对系缆的损伤较大。     

系泊索对系缆力及船体运动量的影响研究

以均衡系泊索张力、减少船体运动量为目标,调整主缆材质或直径、预张力施加、绞盘至导缆孔距离及批芭结等参数,应用Optimoor软件进行模拟分析,可知:当选用大弹性系泊索或减少其直径、增加其长度时,可减小系缆力;当施加预张力或增加系泊索刚度时,可减少船体运动量;当通过施加预张力或设置批芭结等方式调整系泊索弹性时,可均衡并减小其受力。     

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。     

大连港矿石专用码头开挖边坡支护工程实例

大连港矿石专用码头开挖边坡具有地质条件复杂、边坡较高、开挖土石方巨大、边坡支护难度较高、且边坡易受风化等特点,支护设计与施工工作采取了因地制宜的方针,对于部分稳定坡体进行防护锚杆挂网喷砼支护,局部破碎岩体及风化程度较高的边坡采取了预应力锚索挂网喷砼支护的手段;结合场区整体排水系统,坡顶设置截水沟,坡面设置泄水孔,平台设置截水墙,特殊坡面设置急流槽,坡脚设置排洪沟,并将排水系统与场区内排水终端相连接,边坡绿化经过分析对比,采用适合大连本地区环境的绿化方案;综合各种支护措施,确保大连港矿石专用码头开挖边坡的稳定。     

基于抛物型缓坡方程的某码头泊稳问题研究*

从理论出发介绍了抛物型缓坡方程的特点,并阐述了抛物型缓坡方程的使用限制条件;根据实际工程的需要,运用基于抛物型缓坡方程的REF/DIF模型对大连将军石码头改进后的两种方案的波高进行了模拟和研究,模拟结果表明经改进后方案1和方案2均能满足港内泊稳条件,方案1要更优于方案2。     

大连港矿石专用码头泊位改造工程设计

介绍大连港矿石专用码头泊位改造工程的设计情况。根据设计船型资料,从总平面布置、水工结构及配套工程等方面阐述码头改造设计内容;通过港池疏浚、码头基床加固和码头护舷后增设钢架等改造方式,使改造后的码头具备停靠30万吨级(最大40万t)散矿船的能力。利用optimoor软件对改造后码头拟靠泊船型的系泊情况进行分析研究,并提出在码头使用过程中需要重点关注的问题以及改进措施。     

基于改进MPS方法的三维时域水弹性计算模型

本文在作者已有的二维改进MPS(Moving Particle Semi-implicit)方法基础上进行了三维拓展(主要包括三维自由面粒子判断),并通过将计算得到的三维溃坝问题结果与文献中实验结果相对比,验证了所发展模型的准确性。在结构响应计算方面,将刚性和柔性模态耦合并计及相互影响。在此基础上,将流体和结构部分通过迭代方式耦合,从而实现强流固耦合计算。最后,应用上述模型对涉及大刚体位移叠加弹性变形的三维方梁的强非线性时域水弹性问题进行了计算,验证了模型对此类问题的有效性。     

水流载荷作用下的潜艇潜望镜力学特性实测与分析

潜艇的潜望镜在升起的时候由于水流的冲击作用会产生弯曲及振动等问题。严重的弯曲及振动响应会影响艇内人员对海面的观察,降低潜望镜的测量精度,甚至损坏潜望镜。因此水流载荷作用下的潜望镜力学特性是潜望镜设计、使用等环节的重要参考。文章针对上述问题,设计了潜望镜实艇实验,采用了裸光纤光栅准分布式测量技术,实现了对潜望镜水流载荷作用下的动应变响应的快速测量。通过实测数据对潜望镜的静力与动力特性进行了分析,并与理论分析、数值模拟结果进行了对比。结果表明:当潜艇在10kns以内航速行驶时,潜望镜受到的拟静水流力及振动情况较小,实测结果与计算模拟结果吻合较好;当潜艇在10kns以上航速行驶的时候,潜望镜会发生强烈的涡激振动问题,实测结果远大于计算模拟结果。文中研究工作对潜望镜的设计、日常使用与维护等具有很好的参考价值。     

基于实验的二维八边形液舱晃荡比尺效应研究

文章针对二维八边形液舱晃荡冲击的比尺效应开展了实验研究。实验根据弗劳德相似准则分别选择1:1原型液舱与1:2和1:3两个比尺模型液舱,在横荡单次冲击外激激励的作用下,考虑80%危险载液率分别对流体冲击侧壁、上斜板和顶板时的晃荡荷载与冲击波形进行了比尺效应对比分析。分析结果表明,冲击过程中,如果原型液舱和缩比模型液舱中对应冲击壁面处于流体中,包裹的气泡越少,冲击压力峰值由模型还原到原型时更接近于原型实验实测值;若考虑整个冲击过程中的流场形态,应尽可能选择大比尺液舱来开展晃荡模型实验。     

船舶参数横摇非线性力学特征数值分析

为研究船舶参数横摇发生的力学机理,文章基于计算流体力学方法,对DTMB5512船模规则波顶浪航行时的参数横摇运动进行了数值模拟。模拟结果表明:参数横摇复原力矩曲线会随横摇角增大而出现2个拐点,呈现出先增大、后减小、再增大的非线性特征;其零点、拐点及最大值点可以分别用垂荡、纵摇及船/波相对位置进行表征。文中方法实现了船舶参数横摇力学特征的数值分析,可为船舶波浪中的完整稳性评估提供新的方法。     

6.1万吨散货船居住区振动分析及对策研究

在6.1万吨散货船航行试验振动测量过程中,发现主机转速为91 r/min时居住区纵向振动较为严重。文章根据船体结构有限元模态分析理论,结合局部结构振动特性以及主要激励源判断,查找出居住区结构振动异常的原因,并通过采取调整压载水的对策很好地处理了该处振动问题,最终进行了有限元计算和实船测试的双重验证,计算和测试结果均满足技术规格书要求的ISO 6954振动标准,为此类船型设计和运营提供一定的技术参考。     

螺旋桨附连水效应的数值计算方法研究

在船舶推进轴系振动和校中计算分析中,螺旋桨在流场中引起的附连水效应是一个很重要的参数。但实际计算中,螺旋桨附连水效应一般用其自身转动惯量和质量乘以一个经验系数来得到。针对该不足,文章介绍了分析螺旋桨附连水效应的稳态谐响应数值计算方法和常用经验公式。通过对一个多用途船的螺旋桨附连水效应进行数值计算,并与经验公式的估算结果进行对比分析,误差均在合理范围内,验证了该数值方法的可应用性。     

双向应力场中表面裂纹应力强度因子的权函数法

半椭圆表面裂纹是船舶等焊接结构中常见的损伤形式,计算裂纹尖端应力强度因子是结构损伤容限设计的前提,权函数法是求解复杂应力场中应力强度因子的有效手段之一。本文基于一种集中力载荷权函数统一形式,通过三维有限元建模计算了裂纹半长比a/c=0.05~1.0、裂纹深度比a/T=0.01~0.8的表面裂纹应力强度因子,并将其作为参考解,得到一组形状适用范围更广的有限厚度平板表面裂纹最深点和表面点的二维权函数。权函数的准确性通过在裂纹面上施加最高六阶的双向变化应力载荷进行验证,权函数法结果与有限元法相比求解误差在10%以内。文中所提出的权函数为复杂焊接结构表面裂纹扩展分析奠定了基础。