剪切流下海洋立管涡激振动的三维数值模拟

对1根长为9.68 m的三维海洋立管涡激振动现象进行流固耦合模拟,立管的长径比为482,来流为剪切流。通过在立管长度方向上施加一固定的顶部预紧力,来更好地控制立管变形。三维粘性、不可压缩流体场采用非稳态的N-S方程和k-ω湍流模型进行三维CFD数值模拟,固体场采用基于三维实体单元的有限元方法进行模拟,通过一种新的方法 System Coupling实现流-固耦合交界面的数据交换。模拟结果与均匀流模拟结果相似,反映了多模态的振动特性,说明这种方法有一定的可行性。立管脱落呈现多种涡结构模式,稳定后呈"2S"。立管出现大的非对称弯曲变形现象,介于1阶模态和2阶模态之间转换,最终锁定在2阶模态。     

重力式网箱阻流效应的研究

设计了六种重力式网箱的模型,在单纯流条件下,通过模型试验测试了网箱网内与网后的流速.根据试验结果对六种模型的网箱阻流效应进行了分析,分别得出了网箱网内与网后的阻流系数.     

船舶结构振动特性研究

本文利用SHELL63、BEAM4、SOLID95、COMBIN14四种类型共64187个有限单元和30种几何参数建立了接近于真实船舶(包括机舱动力设备)的有限元模型。在考虑流一固耦合状态下，用有限元技术对船舶进行模态分析以及船舶对激励力的振动响应数值计算。在模态分析过程中，采用了矩阵缩减的方法来消除局部模态，以便获得整体弯曲和扭转振动模态。然后对主机单层隔振器和辅机双层隔振器的减振效果进行了预估。将建立的接近于真实船舶的有限元模型和尾部结构的三维有限元和梁组合模型的数值计算结果进行比较，得到一些重要结论。本文为船舶设计人员在船舶设计阶段，预报船舶结构振动提供了一条新的途径。     

钦州某油码头沉箱内力数值分析

利用有限元分析软件ANSYS,对沉箱重力式码头在船舶荷栽作用下的沉箱静态力学性能进行数值分析.通过对比分析文革勒地基模型法和半无限弹性体法的计算结果,认为壳单元与体单元采用MPC接触方法,土体以弹簧来模拟的计算模型能够满足设计要求,建模简单,计算快捷,可供设计时使用.同时数值分析表明,在船舶荷载和贮仓压力作用下,沉箱立板内侧的竖向弯矩最大值发生在立板与底板的连接处,有必要对重力式孤立墩在船舶荷载作用下的沉箱进行空间结构计算.     

基于系统配置的船舶注水系统噪声控制研究

针对船舶自流注水系统噪声突出的问题,从系统配置的角度提出浮力调整水舱接入高压空气系统以提高浮力来调整水舱背压的低噪声改进设计方案。建立二维模型对该低噪声改进设计方案的可行性进行初步验证,采用计算流体力学的方法对不同压差下监测点的脉动压力进行对比,结果表明浮力调整水舱在背压提高后的脉动压力幅值减小,说明该方案具有可行性。对不同背压下的注水系统模型流场和声场在同一流量的注水工况下进行数值分析,计算结果表明低噪声改进设计方案的降噪效果显著,可为船舶海水系统流噪声的治理提供参考建议。     

含损伤加筋板结构声辐射模态变异研究

本文采用声辐射模态的有关理论,用结构的声辐射模态参数来表征结构本身的固有声辐射特性.以加筋板结构为例,计算不同加筋情况和结构不同损伤情况下的声辐射模态.基于Mindlin理论,建立描述健康和损伤的四结点有限元板壳单元模型,采用有限元方法计算结构表面动力响应.各向同性损伤单元,采取刚度各向整体弱化的方法分析;对于各向异性损伤单元,采用K8chanov理论,引人了x和y两个方向的弹性损伤折减系数.考虑到不同损伤存在形式,计算分析了损伤对振动频率、模态以及声辐射模态的影响.文章建立了一种含损伤结构的分析方法,通过对一些典型算例分析,在评价损伤对船舶与海洋结构物常用的加筋结构声辐射特性影响方面做出了一定的探索.     

环境载荷对自升式钻井平台动力响应的影响

为了研究海流载荷、波浪载荷、风载和浮力等环境载荷对自升式钻井平台力学响应的影响,进行了某平台在自存工况和作业工况下的数值分析。分别采用等效梁单元、梁单元、线性弹簧单元和线弹性基础模型来模拟船体、桩腿、船体-桩腿和桩靴-土壤。应用Stokes fifth-order波浪理论模拟水质点的运动规律,得到平台的响应特性。考察了各种环境载荷对平台数值计算结果的影响。结果表明:在自升式平台建模过程中,须要考虑浮力的作用,还应特别关注风载的影响,其次是海流载荷,最后是波浪载荷。     

深海球形耐压壳力学特性研究

研究了深海球形耐压壳计算方法。分别建立了球形耐压壳薄壳和厚壳的力学模型、浮力系数求解公式以及壳单元和体单元的数值模型。分析1~6km球形耐压壳强度、稳定性、储备浮力特性,并研究网格划分形式、单元类型、密度对数值计算结果的影响。研究结果表明,采用厚壳理论、体单元数值分析进行深海球形耐压壳设计与评估更为合理。在设计时,建议先根据内表面应力公式确定耐压壳厚度,再运用厚壳屈曲理论或数值分析校核其稳定性。     

基于ANSYS的流固耦合动力分析方法

在对ANSYS的相关单元进行分析的基础上,重点研究悬臂柱模型在不同水位下的模态计算方法,进行数值演算,给出计算步骤和计算结果,并将其与实验结果相比较,验证计算方法的可行性.通过对不同水位下结构模型的前3阶频率值进行比较,得出当水深达到一定深度时,水对结构的自振频率的影响将不能忽略的结论.     

基于多孔介质模型的网衣对波流场影响的数值模拟研究

用多孔介质模型模拟网箱中的刚性金属网衣。基于计算流体力学软件STAR-CCM+，建立稳定的来流作用下刚性网衣对周围流场影响的数值模型，研究水流经过网衣后流场的变化及流速衰减，并与模型试验结果进行比较，验证了多孔介质模型模拟网衣周围流场的正确性。建立了波浪与网衣相互作用的数值模型，分析刚性网衣对波浪衰减的影响以及网衣的波浪透射系数与波浪参数之间的关系，为对网箱内部波流场的研究提供参考。     

重力式深水网箱的抗台设计与水动力性能分析

针对重力式深水网箱抗台风能力较弱,容易出现浮架损坏、锚绳断裂和网衣严重变形等问题,以一典型重力式深水网箱为研究对象,结合传统网格式系泊,提出在底部附加系泊缆的新型抗台设计方案,基于势流理论和非线性有限元方法,建立网箱数值模型,在不同入射角和波高下,对比分析传统网格式和新型抗台式系泊的网箱系泊缆张力、浮架运动和网箱变形....     

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。     

不同结构形式浮式防波堤湿拖过程中的运动响应研究

浮式防波堤是当前海洋工程装备研发的热点,由于浮式防波堤主尺度大,采用半潜船等工程船运输成本高。本文考虑三种不同类型浮式防波堤采用湿拖方式进行运输,采用AQWA软件,利用数值模拟方法,研究不同海况下浮式防波堤各自由度运动响应。研究发现：圆筒型和板架型浮式防波堤适用于不同海况下湿拖;网笼型浮式防波堤湿拖过程中运动响应幅值较大,建议使用半潜船运输。本文通过探究不同浮式防波堤湿拖过程中的运动响应,可为工程实际中浮式防波堤运输提供一定的借鉴和参考。     

Towards a holistic digital twin solution for real-time monitoring of aquaculture net cage systems

Digital twins and relevant concepts are being applied in a wide variety of ways, and they are of most use when an actual real-world physical system or process (a physical twin) is changing over time and when measurement data correlated with this change can be captured. In this work, a digital twin model was implemented for real-time monitoring of aquaculture net cage systems, which is notoriously challenging because of several difficult-to-measure properties, such as forces on and deformation of the flexible netting structures, waves and flow field alterations around the cage and complex stiffness behaviour of the mooring elements made by fibre ropes. These properties were set to be adaptable according to the resultant outputs, such as cage responses and mooring loads that were continuously compared with the measurement data obtained from remote monitoring sensors. In this way, real-time sensor data were assimilated into the numerical simulation model for representing the actual net cage system. No dedicated sensors were used for fish monitoring, but the fish behavioural responses to current, wave and cage deformation were modelled according to relevant field observational data. A wireless sensor network has also been tested for the digital twin implementation, which was found to be suitable for practical uses in fish farms.     

深水网箱浮框系统的水动力研究

对深水网箱实际工况进行简化后,得到简化的浮框系统水动力模型。通过力学分析,推导出浮框模型的运动方程,以此编制数值模拟程序,可得到浮框模型在纵移、垂荡、纵摇的运动情况及迎流面、背流面系缆张力的大小,发现锚绳仰角偏大,对该现象提出解决方案。     

波浪和海流对浮式海洋牧场的作用（英文）

The paper is partly a review on hydrodynamic and structural aspects of fish farms. In addition, new numerical results are presented on the stochastic behavior of bending stresses in the floater of a realistic net cage in extreme wave conditions. The behavior of traditional-type fish farms with net cages and closed fish farms in waves and currents is discussed. Hydroelasticity can play a significant role for net cages and closed membrane-type fish farms. The many meshes in a net cage make CFD and complete structural modeling impracticable. As an example, a hydrodynamic screen model and structural truss elements are instead used to represent the hydrodynamic loading and the structural deformation of the net. In addition, the wake inside the net due to current plays an important role. The described simplified numerical method has been validated by comparing with model tests of mooring loads on a single net cage with two circular elastic floaters and bottom weight ring in waves and currents. It is discussed which parts of the complete system play the most important roles in accurately determining the mooring loads. Many realizations of a sea state are needed to obtain reliable estimates of extreme values in a stochastic sea. In reality, many net cages operate in close vicinity, which raises questions about spatial variations of the current and wave environment as well as hydrodynamic interaction between the net cages. Live fish touching the netting can have a non-negligible influence on the mooring loads. It is demonstrated by numerical calculations in waves and currents that a well boat at a net cage can have a significant influence on the mooring loads and the bending stresses in the floater. The latter results provide a rational way to obtain operational limits for a well boat at a fish farm. Sloshing has to be accounted for in describing the behavior of a closed fish farm when important wave frequencies are in the vicinity of natural sloshing frequencies. The structural flexibility has to be considered in determining the natural sloshing frequencies for a membrane-type closed fish farm. Free-surface non-linearities can matter for sloshing and can, for instance,result in swirling in a certain frequency domain for a closed cage with a vertical symmetry axis.     

海上风力发电平台概念设计及系泊系统特性研究

为实现海上风力发电平台工作状态的准确预报,本文采用有限元软件建立浮式风力发电平台三维模型,完全时域耦合分析在不规则波作用下,浮式风力发电平台动力响应特性.通过时域结果对比分析可知,在风浪流同向作用下,浮式风力发电平台的运动响应幅值及系泊缆索顶端张力最大.通过运动响应时间历程曲线可知,横荡运动和横摇运动表现为低频特性,垂荡运动表现为波频特性,以上研究成果可为浮式风力发电机的优化设计提供一定的指导,并可为将来的相关试验提供一定参考.     

弹性浮筏系统动力学建模及冲击响应分析

浮筏隔振系统是一种集集中质量,弹簧,阻尼和弹性连续体为一体的复杂动力学系统,被广泛应用于船舶重要设备的振动隔离.本文以多体动力学和结构动力学为理论基础,对弹性浮筏隔振系统进行动力学建模,考虑筏体的刚体运动和弹性变形的耦合,由此推导出整个隔振系统的动力学振动方程.结合具体的算例,求出了弹性浮筏隔振系统的固有频率和对不同冲击激励的响应,指出了筏体的弹性变形对系统动力学性能的影响,揭示了弹性模型的全面性和合理性.该研究可对浮筏系统的优化设计提供理论依据和参考,有一定的工程意义.     

7500t浮吊海浪激励下的谐响应分析

应用有限元软件ANSYS建立500t浮吊三维计算模型,以规则海浪载荷作用下船舶摇荡运动加速度作为基础激励,采用谐响应分析方法计算起吊7500t载荷时浮吊在海浪作用下的动力响应。计算结果表明,海浪方向为90°时浮吊动力响应比较大;吊重起升至比较高位置时,浮吊动力响应比较大;因船舶横摇大于纵摇,故浮吊的横向位移大于纵向和垂向位移,钢丝绳吊重横向摆角大于纵向摆角;臂架的最大动应力出现在根部主弦杆处,海浪载荷引起的浮吊结构动应力小于材料屈服强度。     

深水系泊缆绳动力特性研究

考虑波浪、海流、顶部浮体运动与海底接触效应的影响,依据集中质量法建立系泊缆绳柔性力学模型,以一座深水半潜式平台的系泊系统为例,对比研究了各种因素对于缆绳动态张力与水中构型的影响程度,最后采用模型试验方法对数值计算结果进行验证。研究表明：缆绳的动态系泊张力主要由浮体运动所引起,可达总张力的20%左右,海流流速可使得缆绳形态出现大变形,导致缆绳卧底长度发生明显改变,危及平台作业安全,波浪与海底摩擦对于缆绳响应的直接作用较小,设计阶段基本可以忽略不计。