单点系泊海洋资料浮标的动力分析

本文在静力计算的基础上，应用三维势流理论数值计算程序计算浮标体的附加质量（矩）、阻尼系数和所受波浪力。采用美国数据浮标中心（NDBC）提出的分析方法，即将锚泊线动力方程线性化，并考虑到锚泊线与浮标体之间相互耦合的关系，在频率域中对单点系泊浮标进行了动力分析。文中还提出了当锚泊线中间有集中质量（悬挂重量或浮球）时相应的处理方法，因而不仅适用于简单的单点系泊浮标的动力分析，也适用于水平系泊浮标的动力分析。文中对三种典型的海洋资料浮标进行了考核计算，计算结果与试验结果比较有较好的一致性。     

深水复合锚泊线动力特性比较分析

为了研究复合锚泊线的动力特性,文章对完全相同的两根复合锚泊线,保持其他条件不变,用聚酯纤维系缆代替钢索,使锚泊线顶端张力-静位移特性曲线基本一致,然后采用数值模拟的方法对整根复合锚泊线的动力特性进行比较分析。比较两种复合锚泊线的自振频率、复合刚度和锚泊阻尼。建立复合锚泊线的二维非线性有限元动力分析模型,基于Del Vecchio(1992)提出的经验公式,采用迭代的方法计算复合锚泊线的刚度,比较上部平台分别发生慢漂和波频运动时刚度的变化。锚泊线和海床之间的接触作用基于刚性海床假定,基于Morrison公式计算锚泊线的惯性力和拖曳力荷载,给定上部平台运动时程后在时域范围内进行复合锚泊线的动力分析,通过计算锚泊线从平台运动中吸收的能量,得到锚泊系统的阻尼,比较上部平台分别发生慢漂和波频运动时阻尼的变化。     

新型深水串联浮筒锚泊线阻尼特性分析

随着海洋石油工业向深水及超深水领域的发展,传统悬链式锚泊线的使用受到限制。论文在传统悬链式锚泊线的基础上串联浮筒,优化设计出一种新型的串联浮筒悬链式锚泊线。首先,介绍新型串联浮筒锚泊线的优化设计过程;其次,在时域范围内建立串联浮筒锚泊线的动力分析模型,利用耗散能量法计算锚泊线阻尼;最后,结合算例分析串联浮筒对锚泊线阻尼特性的影响,并对浮筒大小和位置的影响进行参数化分析。研究结果对深水浮式平台锚泊系统的设计提供了一种新的参考选择。     

三阶摄动对锚泊线动力分析的影响

本文研究了作用在锚泊线上的水动力表达式中三阶项对锚泊线动力分析的影响。由于慢荡运动的特性,可以认为对于系泊结构物,二阶摄动已经包含运动的主要部分。但水动力的表达式对其平衡位置反对称,在表达式中只有线性项存在。为了研究水动力的非线性是否对锚泊线的动力产生影响,本文推导了三阶摄动方程,并用推导的三阶理论进行了理论研究。对计算结果的分析,可以发现三阶摄动在低频范围内对锚泊线的动力分析影响不大。     

单点锚泊船锚链线水平摄动分析

为研究单点锚泊船在外力作用下的低频运动锚链线的恢复性能的问题,利用锚链线的静力特性推导出锚泊线方程,考虑水深、水平位移、单位锚链重与水平作用的关系,同时通过水平作用力与顶端水平位移进行参数摄动分析,以偏微分的方法推导了锚泊线恢复性能系数方程,并结合水平力参数摄动法分析锚泊线的恢复作用性能。计算结果验证了恢复系数具有明显的非线性,所得恢复性能方程及摄动分析结论对工程实践及锚泊(防走锚)预警系统的理论研究具有一定的参考意义。     

锚泊线的时域及频域动力分析

本文提出了锚泊线动力分析的一种计算方法，即应用摄动法对非线性锚泊线动力方程作摄动展开，将得到的一阶摄动方程在频率域内求解；然后对频率域解－频率响应函数作Ｆｏｕｒｉｅｒ反变换，得到时域内的脉冲响应，再根据给定的输入计算时域响应历程。本文还介绍了为验证这一方法所进行的模型试验。通过模型试验得到了锚泊线的频率响应函数，与理论计算基本符合。     

慢漂运动下多成分锚泊线阻尼参数研究

锚泊线提供的阻尼力对平台耦合运动特别是慢漂运动响应有显著影响。以应用于工程的多成分锚泊线为研究对象,阐述了锚泊阻尼的定义与研究方法。借助海工软件Orca Flex进行时域非线性动力分析,选取上部平台慢漂运动的周期与振幅、流速大小与流速分布形式、锚泊线拖曳力系数、附加质量系数,研究锚泊阻尼与它们的关系,探讨锚泊线各成分贡献阻尼受水动力系数变化的影响。结果表明除附加质量系数外,其余参数对锚泊阻尼有较大影响,钢链成分锚泊线贡献阻尼对水动力系数改变较敏感。本文结论可为海洋浮式平台锚泊系统设计提供参考。     

考虑浮体弹性变形的锚泊系统分析方法

传统的锚泊系统分析方法一般是假设结构物为刚性不可变形的,这种假设对于常规海洋结构物的锚泊系统分析,其精度是可以接受的,然而对于弹性体(比如超大型浮体)来说,这种浮体刚性的假设显然是不合理的.本文基于摄动理论,分别给出了锚泊浮体(同时包括弹性体和刚性体)和锚泊系统的一阶运动方程.分别用三维水弹性理论和Goodman-Iance法求解浮体的动力响应和锚泊线的运动,并给出了两者之间的协调关系.通过数值算例分析表明,对于超大型浮体,其弹性特性对锚泊系统特性的影响是不可忽略的.     

深水悬链锚泊系统等效截断水深优化设计

工程中,常用的深水悬链锚泊线通常是由顶部锚链、中部钢索和底部锚链三段复合而成。该文采用分段外推的数值解法,考虑锚泊线所受的重力、张力、流力以及锚泊线的弹性伸长,利用黄金分割算法求解锚泊线顶端张力对应的顶张角,对其进行静力特性分析。基于混合模型试验方法应用,考虑锚泊系统静力特性相似,采用遗传算法编制开发等效截断水深系统优化设计程序。以一座工作水深为1500 m的深水半潜式平台为例,对其悬链式锚泊系统在700 m水深处进行等效截断优化设计计算,为下一步进行混合模型试验提供参考。     

深水中TLP及Spar的粘性阻尼

对深水中TLP及Spar在发生高频垂向谐振“Springing Vibration”时的水动力阻尼作了较为系统的研究与数值计算分析.计算结果表明：在本文所考虑的参数范围（KC=0.001～1.0,β=89236～435298）内,由于不同的形状阻尼特性,存在着两个不同的线性和非线性阻尼区域.基于数值计算结果分析,导出了适用于上述两个区域的粘性阻尼计算公式.     

FPSO组合运动对锚泊阻尼影响研究

应用时域全动态有限元法,探究了系泊式海洋结构物在一阶与二阶波浪力共同影响下产生低频运动与波频运动的组合运动响应时,锚泊阻尼特性变化以及主要参数对锚泊阻尼的影响,主要参数为海流速度和锚泊线预张力,从而得出加入波频运动后其对锚泊阻尼的影响趋势,以及在组合运动背景下,相关参数改变对锚泊阻尼的影响.结果表明:相对于低频运动成分,波频运动成分对锚泊阻尼影响十分显著,成为决定锚泊阻尼大小的主要因素;在组合运动背景下的参数研究与单一低频运动下所得到的结论相比,流速改变对锚泊阻尼的影响可以忽略,但对锚泊线预张力的影响很大.在以往单一低频运动下进行锚泊阻尼分析的基础上,文中对组合运动下的锚泊阻尼进行了系统性研究,并在组合运动背景下进行锚泊阻尼参数研究,为锚泊系统设计提供了更实际的参考.     

深水二维对称式布置两成分锚泊线时域动力分析

深水作业海上浮式结构物的锚泊定位系统由锚链或锚索等成分进行约束,由于锚泊线的几何非线性,外界环境作用力的非线性和系泊浮体的运动的非线性给锚泊系统的回复力和位移的计算分析带来困难。此外,多种材料成分组成的多成分锚泊线的使用在推动了锚泊系统的深水应用和发展的同时也给锚泊系统的设计带来困难。本文采用设计波理论结合有限元方法进行两成分锚泊线的动力分析,考虑导缆孔处系泊结构物运动的影响。并将结果与单一成分锚泊线计算结果作比较分析,得到有益结论。     

基于回归分析的锚泊半径

锚泊半径对于船舶锚泊安全具有重要意义,它不仅是判断船舶是否走锚的数据保障,也是GPS接收机值锚更警(ANC)的重要依据。通过研究锚泊半径的相关规范,总结前人对锚泊半径的计算公式,利用SPSS软件对实测数据进行回归分析并比较实测数据的曲线与利用算法所得数值曲线之间的关系,从而分析各类算法的适用条件,并得到新的锚泊半径计算公式,为航海实践提供理论依据,保证船舶锚泊安全。     

极浅水多体波浪能发电装置锚泊系统设计

采用三维势流理论对多体波浪能发电装置进行频域水动力计算,分析极浅水效应和多体间相互作用对单体发电装置的水动力性能的影响。利用Orcaflex软件建立多体波浪能发电装置数值模型,浮体间采用铰接进行连接,并利用弹簧单元模拟发电液压缸的弹性阻尼作用。为极浅水多体波浪能发电装置设计合理的锚泊方案,采用时域动态耦合方法进行分析,同时考虑极浅水效应、多体影响和二阶低频力,根据API规范对自存工况下的锚泊缆强度进行校核,并对确定选用的锚泊方案进行敏感性分析。通过对计算结果进行分析,发现在进行浅水多浮体锚泊设计时,低频波浪载荷、多体相互作用和海底摩擦不可忽视;对于极浅水的锚泊系统设计,Lazy wave 型锚泊形式优于传统悬链线式锚泊。上述研究工作为近海极浅水海域新型海洋能发电装置锚泊系统的设计提供了新的参考和思路。     

多模块网架式网箱运动与载荷响应分析方法

以新型网架式模块化网箱为研究对象,提出一种适用于波流作用下多模块网箱水动力响应分析的数值计算方法。采用Morison公式计算作用在网箱上的波流载荷,基于铰接点的位移连续条件求解网箱铰接点处的铰接力,利用悬链线理论求解网箱受到的系泊力,进而建立多模块网箱运动耦合方程。通过求解该方程,获得网箱的运动和水动力载荷。通过与试验结果相对比,验证该数值方法在多模块网架式网箱水动力响应预报方面的准确性。采用该方法分析不同组合模式下的网箱水动力响应特性,为渔场平台的研发提供参考。     

极浅水多体波浪能发电装置锚泊系统设计

采用三维势流理论对多体波浪能发电装置进行频域水动力计算,分析极浅水效应和多体间相互作用对单体发电装置的水动力性能影响。利用Orcaflex软件建立多体波浪能发电装置数值模型,浮体间采用铰接进行连接,并利用弹簧单元模拟发电液压缸的弹性阻尼作用。为极浅水多体波浪能发电装置设计合理的锚泊方案,采用时域动态耦合方法进行分析,同时考虑极浅水效应、多体影响和二阶低频力,根据API规范对自存工况下的锚泊缆强度进行校核,并对确定选用的锚泊方案进行敏感性分析。分析计算结果发现:在进行浅水多浮体锚泊设计时,低频波浪载荷、多体相互作用和海底摩擦不可忽视;对于极浅水的锚泊系统设计,Lazy wave型锚泊形式优于传统悬链线式锚泊。研究工作为近海极浅水海域新型海洋能发电装置锚泊系统的设计提供了参考和新思路。     

深水悬链复合锚泊线疲劳损伤计算

以某座Spar平台的锚泊系统为研究对象,首先利用三维绕射理论计算Spar平台主体波浪力,得到平台的总体运动响应时程。再建立复合锚泊线的二维非线性有限元动力分析模型,基于DelVecchio(1992)提出的经验公式,采用迭代的方法计算复合锚泊线的刚度。锚泊线和海床之间的接触作用基于刚性海床假定,基于Morrison公式计算锚泊线的惯性力和拖曳力荷载,根据计算得到的平台主体运动响应时程作为锚泊线顶端输入条件,在时域范围内进行复合锚泊线的动力分析。计算得到中国南海某海域各短期海况条件下复合锚泊线应力的时间历程曲线,采用雨流法对其计数得到对应于各短期海况条件下的疲劳载荷谱。最后根据Miner线性累积损伤模型,对复合锚泊线在长期海况条件下的疲劳损伤进行比较计算。     

3000t铺管起重船铺管作业锚泊定位系统设计研究

针对3000t铺管起重船铺管作业时锚泊定位系统的复杂性及强非线性问题,采用准静力法将铺管作业时变连续的锚泊定位系统分解成若干个离散确定时不变的锚泊定位系统,然后对每个离散后的锚泊定位系统作时域动力分析,并将铺管线作为附加的锚泊线处理,此法是比较有效且合理地设计铺管船铺管作业时锚泊定位系统的方法。     

锚泊线一阶运动响应对二阶锚链阻尼的影响

本文主要研究锚泊线的一阶运动响应对二阶锚链阻尼的影响。在频域内采用摄动方法分析系泊结构物慢漂运动时,锚链二阶方程可分解成非齐次方程和齐次方程。其解分别与锚链的一阶运动响应和浮式结构物的二阶运动有关。为了探讨锚泊线一阶运动的影响,本文通过求解非齐次和齐次方程,分别求得相应的二阶锚链阻尼和二阶锚链力。从计算结果可以看出,尽管由非齐次方程得到的二阶锚链力占总的二阶锚链力成分很小,但其所提供的二阶锚链阻尼却与二阶齐次方程解同量级。故在分析二阶锚链阻尼时,不能忽略非齐次方程解的影响。     

基于粒子群算法的船舶定位系统故障优化

船舶的锚泊方式只适合在浅水区进行定位,随着人类探测和航运活动逐渐向着深海拓展,适用于深海的船舶动力定位方式被开发和应用起来。本文研究的主要内容是船舶定位系统的故障诊断和优化,本文首先介绍了一种新型寻优算法-粒子群优化算法的原理和基本流程,然后针对船舶动力系统的结构及常见的故障类型,建立了动力定位系统的故障优化模型,并开发了基于粒子群算法的船舶定位系统故障优化策略,对改善船舶动力系统的故障诊断与优化有重要的价值。