超大型海洋浮式结构物水弹性响应预报的研究现状和发展方向

超大型海洋浮式结构物在未来的海洋资源开发和海洋空间利用方面有重要应用前景，但它在波浪中的水弹性响应是该结构物设计过程中所遇到的一个重要技术问题。国际上在这方面已做了大量的研究工作。本文比较全面地介绍了国内外关于VLFS在波浪中的水弹性响应的研究现状，并对今后需要开展的研究工作的方向提出了作者的看法。     

超大型海洋浮式结构物动力特性研究综述

对于超大型海洋浮式结构物的研究正日益受到重视。在研制超大型海洋浮式结构过程中需要解决的一项最具挑战性的关键技术问题是它在海洋环境中的动力特性预报方法。国内外许多人士都对这一问题正在开展研究。本文对这一领域的研究现状作一回顾，为进一步开展深入研究提供基础。     

预报超大型浮体水弹性响应的模态函数展开方法和特征函数展开方法比较

超大型海洋浮式结构物对于开发海洋资源和利用海洋空间有着很大的实用价值，目前国际海洋工程界已掀起了研究超大型浮式结构物的热潮。如何计算浮体结构在波浪中的水弹性响应是设计过程中的一个非常重要的技术问题。Wu，C．，Watanabe，E．and Utsunomiya，T．(1995)提出了利用平板模态函数展开方法预报超大型浮体的水弹性响应；Kim，J．w．and Ertekin，R．C．(1998)提出利用特征函数展开方法预报超大型浮体的水弹性响应。本文对这两种方法进行了系统的比较，分别根据这两种方法计算了浮体结构的挠曲变形及弯矩、剪力的分布，并辐讨了不同参数对于水弹性响应的影响。     

基于潟湖环境的超大型浮式结构物设计

我国海域存在由大量珊瑚礁堆积而成的环礁,环礁内的潟湖适宜发展超大型浮式结构物(VLFS)。针对潟湖环境,提出2种平台型VLFS的结构形式,基于势流理论计算了潟湖内外极限工作海况下的运动响应,比较了其与传统船型结构的优劣和适用性,可为类似工况下海洋装配式浮式基地平台设计提供参考。     

相邻大型浮式箱形结构物运动响应的数值模拟

应用模态分析方法[1]数值模拟了两个相邻大型浮式箱形结构物在波浪上的水弹性运动响应.在数值模拟时,把结构物近似为弹性体.考虑到吃水相对比较小,计算时作为零吃水处理.文中的两个结构:一个是300米长、60米宽的矩形结构物,另一个则是由三个同样大小的矩形结构拼接而成的L形结构物.计算结果表明:如果把较小的矩形结构物放置在较大的L形结构物的下游,两个结构物相邻自由边之间的相对运动幅值远远小于放置在迎浪一侧时的幅值.     

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。     

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。     

超大型结构物干拖运输特性数值模拟

为了减小超大型结构物在干拖运输过程中所受的加速度,提出利用波浪势流理论及运动响应控制条件的数值模拟方法,以迄今为止世界规模最大半潜式"海上渔场"从中国青岛干拖运输至挪威为例,研究海况、航行吃水及系统重心高度等不同参数下,半潜船的运动响应和超大型结构物的加速度,获得不同参数的影响规律。结果表明,数值模拟结果与工程实际数据吻合较好,验证了该方法的有效性,可为类似减小加速度的干拖运输分析提供参考。     

新型超大型浮式海上基地消浪室方案试验研究

新型超大型浮式海上基地（VLFOB）设计采用了由两层直立开孔式消浪墙组成的消浪室结构。根据内、外消浪墙开孔率的不同,提出6组消浪室方案。通过模型试验研究,对比分析不同消浪室方案下的消波效率和VLFOB水动力性能,结果表明：一般地,消浪室开孔率越小,消波效率越高,VLFOB的纵荡幅值和系泊力越大,单体间连接载荷相对较大;相同消浪室方案下,入射波能级提高使得消波效率降低;采用内外开孔率分别为0.16和0.24的消浪室方案,不仅消波效率较高,而且单体间的连接载荷也较小。     

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。     

超大型浮体结构极限强度研究综述

随着世界人口的迅速增长、内陆资源的枯竭和世界经济的可持续发展,人类逐步加大了海洋资源开发和空间利用能力的投入力度.超大型浮体结构是近几十年来海洋利用中备受关注的海洋结构之一.尽管对超大型浮体进行了广泛的研究,但仍有许多关键技术需要解决,超大型浮体结构的极限承载力就是关键技术之一.本文首先给出了经典的超大型浮体结构构型,其次针对文中的构型给出其载荷特性,然后总结分析了超大型浮体的极限强度计算方法以及试验研究,最后对超大型浮体结构极限强度研究的进展进行了讨论.     

超大型FPSO原油质量分布模拟与水弹性响应研究

FPSO在近海油气田开发中得到了越来越广泛的应用.大多数在渤海海域服役的FPSO工作在浅水海域.主尺度大与水深吃水小,直接导致FPSO水动力特性与深水条件下船舶的水动力特性有较大区别,因此采用水弹性理论研究超大型FPSO在浅水中的运动与波浪诱导载荷响应具有重要意义.浅水超大型FPSO满载时原油重量将近占载重量的80%,因此如何正确模拟原油重量分布对干结构的固有频率、广义质量和振型的计算非常重要.本文建立了基于三维水弹性理论的数值模型,开发了有限水深复合格林函数的数值计算程序模块,对一艘300K DWT FPSO在特定水深海况下的运动与波浪载荷响应进行了研究;同时采用三种方法模拟了原油质量分布.计算结果表明,不同的原油质量分布模拟方法对水弹性计算分析影响很大.     

多模块连接半潜式平台稳性对比分析

为开发我国海洋丰富的渔业、油气和旅游资源,可以在指定海域布设超大型浮式结构物,作为综合保障基地,提供船舶停靠、人员居住、渔业加工、油气开发、环境监测、飞机起降等多种功能.考虑到建造、运输等因素,超大型浮式结构物一般由多个相同或相似模块连接组成.本文基于一型半潜式平台模块,分别开展单、双、三模块的稳性分析,并对其稳性分析结果进行对比分析,探讨模块数量对平台稳性的影响,为超大型浮式结构物的后续设计与运营提供参考.     

近岛礁超大型浮体连接器载荷研究

对于布置在岛礁附近的浮体,复杂海底地形的作用不可忽略.文章基于RMFC模型,同时将地形作为固定物体,研究了复杂海底地形对布置于岛礁附近的超大型浮体的运功响应和连接器载荷的影响.数值计算结果表明,地形的存在对浮体绕射力存在显著的影响,同时增加了低频区域的连接器载荷.     

Hydroelastic code-to-code comparison for a tension leg spar-type floating wind turbine

The development of robust design tools for offshore wind turbines requires knowledge of both wave and wind load models and response analysis. Verification of the numerical codes is required by the use of experiments and code-to-code comparisons. This paper presents a hydroelastic code-to-code comparison between the HAWC2 and USFOS/vpOne codes for a tension leg spar (TLS) wind turbine with a single tether. This concept is hence based on the TLP and Spar concepts. The comparison is performed using coupled hydroelastic time domain simulations. Several aspects of modelling, such as wave simulation, hydrodynamic and structural modelling, are addressed for the TLS. Wave-induced motions of the support structure affect the power performance of a wind turbine. Furthermore, overload of the tension leg should be avoided. In this paper, the motion and tension responses are compared. The tension leg introduces nonlinear effects on the spar motion. These nonlinear effects include combined-frequency effect such as double, difference and sum of wave, as well as natural pitch and surge frequencies. Hydrodynamic loads are based on a combination of the Morison formula and the pressure integration method. A comparison indicates that the motion and tension responses obtained in the two codes are in good agreement.     

采用C型独立液货舱的超大型乙烷运输船(VLEC)研究

美国的页岩气繁荣发展在中短期内将造成乙烷供应的不断增长,将带来对欧洲及亚洲地区大宗出口的机遇;而全球乙烷运输需求的增长和船东对船舶经济性要求的提高,让超大型乙烷运输船(VLEC)应运而生。论文对VLEC的船型方案进行了比较分析,重点研究采用C型独立液货舱围护系统的VLEC的液罐设计方法,通过对采用碟形封头的总舱容为81 500 m3和采用球形封头的总舱容为75 500 m3的VLEC船型进行方案设计和研究,论证了论文提出的采用C型独立液货舱的超大型乙烷运输船这一方案的可行性。