不规则波浪作用下带腹板型浮式防波堤的水动力特性研究

本文基于福州港松下港区拟建的浮式防波堤开展研究，建立不规则波浪与带腹板型浮式防波堤相互作用的数值模型，通过开展水槽试验，对该模型进行验证。进而对带腹板型浮式防波堤的水动力特性进行模拟分析，讨论波浪透射系数和锚链拉力的影响因素。结果表明，防波堤的消浪性能随吃水深度、腹板高度和浮箱宽度的增大而提升；在入射波浪有效周期接近纵荡自振周期时，锚链拉力显著增大，在浮式防波堤设计中，应使得结构纵荡自振周期远离设计波浪周期。研究结果可为实际工程设计提供参考。     

考虑近岛礁复杂海底地形的浮式平台水动力性能分析

基于可以考虑复杂海底地形对波浪传播变形影响的水波模型和可以考虑波浪与浮式结构物相互作用的RANKINE源法,建立近岛礁浮体水动力性能直接分析耦合模型,给出详细的理论推导及数值求解方法,并编制了相关的计算程序THAFTS-BR。首先以均匀水深下百米级浮式平台为研究对象,通过与THAFTS和AQWA等商业软件的计算结果进行对比分析,初步验证了THAFTS-BR程序的正确性和可靠性。随后基于模型试验和前面建立直接分析耦合模型,对比分析了考虑近岛礁海底地形后该浮式平台的运动及载荷响应特性,给出了一些重要结论,为后续布置于岛礁附近的浮式结构物动响应分析、设计与建造等提供了参考依据。     

复杂地形条件下浮式栈桥运动响应的频域分析

为了研究复杂地形条件下浮式栈桥的运动响应,并探讨波浪圆频率及浪向角等因素对浮式栈桥运动响应的影响。论文利用势流理论及波浪绕射/辐射理论对浮式栈桥所处流场的速度势进行了分析,并对复杂海底地形条件下浮式栈桥的运动特性进行了水池试验和数值模拟研究。基于水动力计算软件AQWA,将复杂海底地形作为一个潜体置于海底,进而考虑其与上部浮体及波浪的水动力干扰,从而建立了海底地形-浮式栈桥-波浪水动力耦合计算模型,模拟计算了浮式栈桥在复杂地形条件下的运动响应,并通过水池试验对数值计算结果进行了验证。结果表明,耦合计算模型能够较为准确地预报复杂地形条件下浮式栈桥的运动响应;复杂海底地形条件下浮式栈桥各桥节的运动响应有较显著的差异,且桥节RAOs随浪向角的变化曲线与平坦海底地形条件下的RAOs曲线有一定差异;浅水环境下海底地形对浮式栈桥运动响应和波浪传播特性的影响不能忽视。     

弧型布置的浮式防波堤水动力响应分析

非直线型布置的浮式防波堤对多浪向的掩护效果更佳,但其水动力响应相比直线型结构更为复杂,能否满足工程设计要求亟待研究,对此提出浮式防波堤弧型布局设计方案.基于三维势流理论对弧型布置的浮式防波堤的水动力性能进行频域和时域分析,计算得到运动幅值响应算子.在此基础上,考虑环境载荷和系统系泊与防波堤之间的耦合作用,研究其运动响应和系泊缆张力,并将所得结果与直线型布置的浮式防波堤数值计算结果相对比.分析结果表明:直线型布置的浮式防波堤在横浪作用下的横摇响应剧烈,在斜浪作用下存在横倾角;弧型布置的浮式防波堤在横浪和斜浪作用下的运动相对稳定,水动力性能表现更佳.     

近岛礁浮式平台水动力及运动响应特性研究

根据某近岛礁地形实测数据,基于Solidworks软件完成海底地形和浮式平台的三维建模,建立近岛礁浮式平台三维水动力学模型;开展浮式平台的水动力计算及系泊模式下浮式平台波浪中的运动响应预报,给出了浮式平台的传递函数、系泊缆张力和运动响应;分析了入射波角度、周期及岛礁地形对浮式平台水动力、系泊缆张力分布和运动响应的影响.将数值计算结果与模型试验值进行对比,两者吻合较好,对近岛礁海上浮式结构物的设计有参考价值.     

采矿试验母船波浪载荷预报方法

采矿试验母船由他船改装实现,用于完成多金属结核采矿试验计划。基于SESAM软件,对采矿试验母船进行波浪载荷预报,并研究模型的不同量纲和不同质量分布方法对波浪载荷幅值响应结果的影响。对影响波浪载荷幅值响应的原因进行初步分析,为后续选取水动力模型简化方法和计算方法提供一定的依据,并为采矿船的波浪载荷预报提供参考。     

大型围圈型浮式结构物的波浪运动响应分析

大型浮式结构物作为一种海上综合保障基地,可为人们解决海上物资中转、人员和船只安全等难题提供新的手段,准确预报波浪中结构物的水动力特性,对浮式结构物的设计和安全性评估具有十分重要的意义。本文应用三维势流理论,对围圈型浮式结构物的频域水动力性能进行了分析,与试验结果对比验证了计算的有效性,同时本文以浮体内部波高和浮体运动响应为对象,探讨了波浪条件、连接器长度和重心变化对浮体频域水动力性能的影响。研究结果表明,浮体内部波浪的反射与干扰不容忽视,连接处的水体振荡最为剧烈;浮体垂荡运动对浪向的变化并不敏感;浮体间的连接器长度的变化,对其峰值区域的纵摇运动、横摇运动和高频区域的垂荡运动影响相对较大;浮体重心位置的改变对其水动力性能的影响较小。     

单驳船沉放对沉管管段动力响应影响的物理模型试验研究

波浪作用下沉管管段和驳船的运动属于耦合运动,是极为复杂的水动力学问题。论文通过物理模型试验,研究了不规则波作用下、单驳船沉放情形下的沉管管段的动力响应问题,采用Welch方法对沉管管段动力响应进行了频谱分析,并探讨了不同波浪周期和波高情形下的沉管管段运动和缆绳张力的频谱特性。研究结果表明:与固定平台沉放情形相比,单驳船沉放情形下,不仅沉管管段低频运动周期和幅值的谱分析结果均发生改变,而且波频运动幅值的谱分析结果也发生变化。此外,还探讨了波浪条件对沉管管段运动幅值功率谱结果的影响情况,并对考虑驳船运动的沉管管段稳定性进行了研究。     

新型浮式平台波浪载荷分析与结构强度评估

为优化浮式平台结构型式，确定波浪载荷分析方法及特征载荷选取，并应用于新型浮式平台的波浪载荷分析与结构强度评估。结果表明，型式优化的平台运动特征载荷响应幅值算子（Response Amplitude Operator，RAO）可有效避开作业海域的极端海况，为海洋结构物的型式设计、波浪载荷计算与结构强度评估提供参考。     

多点系泊定位FDPSO船体水动力性能数值模拟和模型试验研究(英文)

由于中国南海海域海况十分恶劣,浮式钻井生产储油轮(FDPSO,Floating,Drilling,Production,Storage and Offloading vessel)定位方式的研究是海洋工程界值得关注的课题。文章采用数值模拟和模型试验的方法对多点系泊FDPSO水动力性能开展研究。数值模拟包括FDPSO船体频域水动力性能计算和船体/锚链时域耦合分析。船体频域水动力性能计算得到了水动力系数,波浪力和运动幅值响应算子;时域耦合数值分析得到了中国南海海域一年一遇海况和百年一遇海况下船体六自由度运动时历。模型试验在上海交通大学海洋工程深水池开展,包括静水衰减试验,白噪声试验和不规则波试验。对数值计算结果和模型试验结果进行了比较,验证了数值结果的准确性,并对多点系泊FDPSO在中国南海海域的水动力性能进行了研究。     

基于Orcaflex的浮式防波堤水动力分析

采用凝集质量法对浮式防波堤系泊缆有效张力进行求解,利用大型水动力分析软件Orcaflex建立浮式防波堤模型,求解分析不同波浪方向作用下浮式防波堤整体水动力性能及系泊缆有效张力变化情况,并针对浮式防波堤端侧缆失效后情况进行对比分析,得出在方向为67.5°的波浪作用下横摇运动最为剧烈,且浮式防波堤两端缆绳的张力在两种浪向下均大于两侧缆绳张力等结论。分析结果对浮式防波堤安全建设及使用提供一定理论依据,对浮式防波堤在港口建设中的应用具有较好参考价值。     

“企业”号航空母舰耐波性数值计算研究

法国船级社研发的水动力商业软件HydroSTAR适用于多种浮式结构物在波浪上运动的预报。文章以美国"企业"号航母为例,讨论了HydroSTAR对航空母舰耐波性计算是否依然适用,并将HydroSTAR的计算结果与切片法的计算结果进行了对比。同时,将计算出的船体运动响应幅值的有义值跟与已知的统计资料进行了对比。通过对比分析发现,利用HydroSTAR计算得到的航母运动响应较为合理地反映了航母的实际耐波性能,可以为航母的耐波性计算预报提供有价值的参考。     

一种方箱型防波堤概念设计及水动力性能分析

为了防御海浪对港域的侵袭,以维持港内水域的平稳,本文提出方箱型浮式防波堤概念设计方案,重点分析本设计方案下的方箱型浮式防波堤水动力参数,并对其模型进行完全时域耦合分析,研究方箱型浮式防波堤各主要模态运动响应幅值及系泊缆索的顶端张力。通过规范对比分析,确定方箱型浮式防波堤系泊系统设计的合理性,为工程的实际应用提供一定的理论依据。     

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。     

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.     

深海J型铺设双层管动力响应影响分析

双层管结构是深海油气输运最为有效的方式之一。本文建立深海J型铺设双层管整体力学模型，充分考虑内外管耦合连接以及外管与海床土的动力相互作用，通过对比验证数值模型的有效性；在深海环境随机波浪、海流和铺管船运动共同作用下进行J型铺设双层管整体动力响应分析，得到双层管外管和内管的动力响应特性，进一步探究扶正器刚度、外管和内管径厚比对双层管受力与变形响应的影响。结果表明：扶正器刚度的增大导致外管与内管张力响应幅值比值显著增大，外管和内管径厚比对相应张力、弯矩、应力和应变响应幅值的比值也有较大影响。分析结果可为深海J型铺设双层管设计与施工提供理论依据。     

南海风浪条件下Spar式浮式风机平台的构型及参数

使用WAMIT软件建立OC3-Hywind Spar式浮式风机模型,联合FAST软件计算浮式风机在不同工况下的幅值响应算子;结合为南海海域波浪条件优化后的JONSWAP谱,对浮式风机进行不同工况下的响应谱分析及最大响应值计算,进一步阐述浮式平台结构构型参数的变化对整体结构在南海相应工况下的运动影响。     

风浪环境下的岛礁超大浮体水弹性响应分析

在近岛礁和近岸复杂地形环境中,超大型浮式结构物(VLFS)的设计和部署需要解决极端波浪环境下的水弹性响应问题,而台风是引发南海极端波浪的主要原因。本文采用一种多重网格技术来计算岛礁泻湖内的海浪参数,计算结果得到了岛礁实测波浪数据的验证。同时计算了两次台风过境时泻湖内的非均匀波浪参数,作为VLFS水弹性响应分析的入射波条件,将两种极限波浪环境下的VLFS模块运动和连接器载荷进行了对比,可为近岛礁VLFS的结构安全设计与优化提供参考。     

三浮体式海上风电基础结构响应研究

采用SESAM软件包对一种三浮桶式海上风电基础结构进行了运动响应计算。采用GeniE模块建立了该三浮桶海上风电基础结构的结构模型和水动力模型,并在HydroD模块中进行了组合载荷以及运动响应的计算,对其水动力特性进行了分析。在其中的波浪载荷计算过程中,采用基于三维水动力理论的设计波方法。     

带分形孔垂荡板浮式风力机性能的大涡模拟分析

垂荡板作为一种能增加浮式支撑平台附加质量和水动力阻尼的被动装置，能抑制平台的运动响应，提高风力机的效率。论文研究带分形孔的垂荡板对浮式风力机水动力-气动力耦合性能的影响。用两相流求解器naoe-FOAM-SJTU求解系泊状态浮式平台的水动力响应。将非稳态致动线模型嵌入两相流求解器，用来求解受平台运动影响的风力机气动性能。研究结果表明：开孔垂荡板能提升浮式风力机系统的稳定性，减小平台运动响应的幅值，增大风力机气动功率。此外，开分形孔的垂荡板的效果优于开规则孔的垂荡板，它是增强系统稳定性的可行方案。