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。     

超大型浮体结构考虑非线性项的波浪力响应计算

为求解超大型浮体结构波浪响应问题,将其简化成弹性梁板模型。以有限元软件为基础来建立超大型浮体结构的弹性梁板模型,在势流理论的基础上,将速度势分解为入射势、绕射势和辐射势三部分,并利用格林函数法推导出一阶、二阶波浪速度势的表达式。以此为理论基础,编制了相应的计算程序来计算浮体结构所受到的二阶波浪力,最后建立了梁板模型的水弹性响应方程,对非线性波浪力作用下的浮体结构的水弹性响应进行求解分析,并分析了波向对响应振幅的影响。     

非均匀海底环境下铰接超大型浮体的水弹性响应分析

本文采用基于离散模块思想的频域水弹性分析方法,对处于非均匀海洋环境下的铰接超大型浮体的水弹性响应进行分析.该方法首先将连续浮体离散为多刚体系统;然后应用三维势流理论获得各个刚体的水动力系数,将其与弹性梁刚度阵进行耦合,得到浮体在波浪作用下的运动学方程;随后引入铰接约束矩阵,建立铰接超大型浮体在非均匀海底环境下的运动学方程,在频域中求解该方程得到浮体的位移响应;最后利用梁的弯曲理论,获得浮体的弯矩分布以及铰接点处的轴向力和剪力.通过对比不同入射角度、波长和海底条件下浮体的水弹性响应,发现非均匀海底对铰接点的位移和受力有明显的影响.     

海上超大型储油船的水弹性频域分析

超大型储油船是海上浮式储油基地的主要组成结构,对其进行水弹性响应分析是保障储油基地安全的一个重要环节,在势流理论的基础上采用特征函数展开法求解流场速度势以及底板水动压力分布,采用一组简单的正弦振型函数,将结构的水弹性响进行模态叠加,然后代入结构水弹性运动方程求解结构的水弹性响应,讨论不同波长对结构水弹性响应的影响。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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.     

波浪作用下弹性板的水动力响应

为准确预报聚焦波作用下弹性板的非线性动力响应，充分掌握极端波浪条件对超大型浮体动力响应的影响，选用一种基于离散模块-梁单元的水弹性分析方法，对弹性板在规则波和聚焦波作用下的不同响应特性进行研究。同时，开展水槽模拟试验，并将试验结果与理论结果进行对比，验证该水弹性分析方法的有效性。试验结果表明：基于离散模块-梁单元的水弹性分析方法在超大型浮体动力响应分析方面具有良好的准确性和简便性；在规则波作用下，随着规则波波陡和波长的增加，弹性板响应幅值增大；在聚焦波作用下，谱峰波长和最大波幅对弹性板响应的峰值和谷值有显著影响。     

航行船舶的三维非线性水弹性分析

基于Wu提出的浮体二阶水弹性理论[1],研究大浪中航行船舶的非线性水弹性响应,给出了数值方法和计算结果.在二阶水弹性分析中,主要考虑了大角度刚体转动和瞬时湿表面变化引起的非线性水动力.根据三维线性水弹性理论[2],采用移动脉动源格林函数和Kelvin定常兴波假定,求解了对二阶水动力做主要贡献的一阶速度势及响应.最后以航行于不规则波中的小水线面双体船为例,讨论了航速和定常兴波流场对水弹性响应的影响,并对线性和非线性响应的预报结果进行了比较.     

三维水弹性分析中不规则频率消除及在船舶上的应用

三维水弹性力学是求解浮体和波浪流固耦合作用的重要方法,在求解时存在不规则频率的问题,这些不规则频率的存在会对高频波激振动响应的判断和二阶波浪力的精确计算产生影响。论文采用在水线面建立网格和扩展边界积分方程的方法来消除不规则频率。通过圆柱形浮体的计算,验证该方法在三维水弹性响应计算中的有效性。在此基础上,将该方法应用于一艘散货船,对比了不规则频率处理前后的水动力系数,并给出了船体的水弹性响应。计算结果表明,将不规则频率消除方法应用于三维水弹性响应的计算,可以获得更好的结果,显著改善不规则频率点处的水弹性响应。     

基于离散模块梁单元水弹性理论的复杂连接处建模方法

[目的]在离散模块?梁单元(DMB)水弹性理论框架下,提出针对连接形式复杂的超大型浮体结构(VLFS)的新的建模方法,并与已有方法进行对比分析.[方法]首先,概述基于DMB的水弹性分析方法,给出求解连续VLFS结构在波浪作用下的动力响应步骤;然后,针对VLFS复杂连接处进行建模,通过定义连接处的刚度矩阵,对与连接处相邻...     

深海系泊浮体物面非线性时域耦合动力分析

文章基于三维时域势流理论和弹性细长杆理论,研究并提出了深海系泊浮体物面非线性时域耦合动力分析方法。该方法采用时域物面非线性理论方法在瞬态位置直接时域模拟系泊浮体所需水动力,结合有限元方法计算系泊缆索的动力响应,利用异步耦合方法实现浮体和系泊缆索的时域耦合动力求解。既满足系泊浮体时域水动力耦合,又满足系泊浮体和系泊缆索动力耦合。通过对二阶非线性不规则波作用下深海系泊半潜式平台的时域耦合响应特性进行研究,将不同海况下物面非线性时域耦合静力响应和动力响应与间接时域耦合动力响应的三种方法计算结果进行比较。研究结果表明,系泊缆索动力响应明显,平台瞬态空间位置对垂荡低频运动影响较大,有必要在平台瞬时湿表面采用动力响应方法进行深海系泊浮体时域耦合响应分析。     

三维水弹性软件并行化的初步实现

为了满足超大型浮体尺寸巨大、结构复杂的分析需求,以及三维水弹性软件商用化的快速计算要求,文章通过对已有三维水弹性程序的分析,设计并实现了多参数并行化快速计算,为超大型浮体进一步水弹性分析奠定了良好基础。文中以常规船舶和超大型浮式平台为例,测试了并行化软件的正确性与快速性。结果表明,并行化改造达到了快速计算的效果。     

超大型浮体结构在规则波中的水弹性响应理论研究

介绍颇具先进性和强大处理功能的三维水弹性计算程序，它能开展近似于实际复杂海域环境下的不同类型的超大型浮体结构(VLFS)水弹性响应分析。为了阐明它的功能，进行了两个试算。首先计算了刚性和重量变化下的不对称超大浮体，然后进行了不同水深时的分析处理。通过与Utsunomiya的相应水弹性响应分析的比较，证实了它的适用性。最后还对实际超大浮体模型，进行了计及防浪堤影响下的1000m级超大浮体第二段模型的模拟计算，获得了合理的水动力性能。另一个试算是对长4770m、最宽处达2055m的东京湾机场模型的模拟计算。模拟结果显示了VLFS的特有水弹性性能，其结果与相似的超大矩形板极为吻合，从而证实了该程序的实际应用计算的可行性。由此证明了该程序对于大范围真实的VLFS的适用性。结论是：本文所提供的三维水弹性响应程序，不失为以实际超大型浮体结构为对象的一个强有力的应用设计工具。     

考虑结构弹性变形的超大型浮体锚泊系统时域耦合分析

通常的系泊系统运动和张力分析只考虑浮体作为刚体的自由度运动。然而,当浮体尺度达到一定程度,浮体会在波浪激励作用下产生弹性变形,弹性变形会对系泊缆的张力产生影响。本文基于浮体三维频域水弹性分析方法和系泊缆静力分析方法,建立锚泊系统时域耦合分析方法,获得更加真实的系泊缆张力特性以及浮体的运动特性,在时域模拟中考虑了风、浪、流环境条件对浮体运动和系泊缆张力的作用,同时根据浮体三维水弹性频域计算结果获取浮体弹性变形在系泊点处产生的位移,建立浮体弹性变形对系泊缆张力贡献的计算方法,并针对一布置于400 m水深海域的超大型浮体,计算了浮体的弹性变形对系泊缆张力的贡献。