高强度洋流作用下沉管的力学性能研究（英文）

沉管水下沉放中,管节与船舶采用缆索连接吊放下沉。为解决外海复杂海况条件下,船管缆系耦合受力的状态与水下管节的位移不受控和缆力超限的问题,通过数值仿真计算和物模试验相结合的方式,分析了不同沉放深度的沉管沉放过程中,船舶受外载荷和管节水下受水动力双重作用时的动力响应情况。通过计算和试验,开展了自由状态下的衰减试验、系泊系统下模型单自由度运动衰减试验、作业状态下沉管和安装船运动响应及各缆绳的受力测量,得到系泊缆、沉管吊缆和安装缆,在浪、流组合作用下的受力和水下运动位移情况,选取了适用于本项目管节沉放施工缆系的关键力学取值,并进行了工程应用验证和对比分析,证明了该研究成果的正确性,研究成果可为类似工程大型构件水下精确沉放和施工提供技术依据。     

多浮体耦合的长大过江弯管系统沉放过程动力响应数值仿真分析

过江管道在沉放过程中的动力响应直接影响管道的水下定位、沉放安全性及稳定性等,研究沉放过程中过江管道沉放过程水动力行为具有重要工程价值,可以降低施工风险、提高工程安全可靠性。以南宁市邕江过江管道工程水上施工过程为研究背景,对长大弯曲型管道沉放过程中多个浮体之间的复杂耦合作用、整体沉放系统复杂的动力特性进行了研究。研究应用非线性时域动力分析方法、莫里森水动力理论、水动力多体耦合理论、长大弯管理论等,借助OrcaFlex软件,建立了考虑多体耦合的长大弯曲型过江管道沉放过程水动力数值仿真分析模型。基于数值仿真模型,运用全耦合方法,进行系统时域仿真计算分析,获取了计算工况下沉管过程管道的动力响应和锚索及吊缆的受力时域图像。对影响沉放过程动力表现的关键施工变量,如气囊放气和管道下放的配合、气囊放气时间、吊缆预张力等进行了参数敏感性分析,根据数值模拟结果提出了施工安全性控制技术及施工建议。     

沉管隧道长大管节海上施工物理模型试验思路与结果分析*

长大管节海上寄放、浮运和沉放过程中的受力和运动响应是沉管施工需要考虑的重要参数,现有的结构力学和流体力学均无法精确计算。基于相似理论和相对运动概念,在拖曳水池完成了沉管管节寄放、浮运和沉放系列水动力学试验,得到了沉管管节在不同风浪流载荷组合作用下的管节受力和运动响应,可为数值仿真分析提供关键参数取值依据,也可为长大管节的施工提供借鉴。     

沉埋式海底隧道管段海上系泊水动力性能分析

沉埋式海底隧道管段海上系泊阶段的结构运动响应及缆索受力,影响其水上施工的安全性和经济性。以一管段系泊工程为例,利用基于三维势流理论的水动力软件AQWA建立管段海上系泊数值仿真计算模型,首先对系泊系统进行频域分析,然后在时域内考虑JONSWAP波浪谱和水流联合作用,研究环境载荷方向、环境载荷组合方式等因素对系统运动响应及缆索受力的影响。结果表明:管段在高频区域内稳定性较好,响应幅值很小;水流对管段的运动响应影响很大;当环境力以60°入射管段时,管段的系泊缆张力最大。     

风浪流联合作用下船舶码头系泊的时域分析

针对大型船舶结构,提出一种码头系泊方案,并基于三维势流理论,建立了船舶码头系泊耦合运动响应分析方法。以一型散货船为例,分析风、浪、流载荷联合作用下,首尾缆采用不同材料对船舶运动响应和系泊缆张力的影响。数值计算结果表明：本文提出的码头系泊方案效果良好,首尾缆材质形式不同对船舶时域响应影响较大,其中首尾缆采用3根高分子缆绳系泊形式时域响应最好。     

船舶航行对沉管安装的受力分析研究

大型沉管隧道管节在外海航道附近系泊等待沉放安装时,会受到过往船舶产生的船行波作用力的影响。为避免船行波对系泊管节及结构造成破坏引起工程事故,文章采用国内外船行波公式计算、现场实测的方法,对沉管系泊等待时通行船舶的船行波波高衰减情况进行了分析,得出了适用于本工程的波高计算公式,并推荐了波高衰减计算公式。结合工程的实际情况,采用Flory-Remery算法对船行波对管节的不同距离和方向的受力进行了分析研究,得出了船行波对大型沉管的影响受力情况,提出了沉管系泊等待时对隧址附近通行船舶的预控措施,确保了工程的顺利实施,为工程施工提供借鉴资料。     

LNG旁靠FSRU码头系泊的水动力性能试验研究

本文对码头系泊的FSRU和LNG船的水动力性能进行了研究,分别对FSRU单船码头和FSRU-LNGC并排码头系泊进行了模型试验.码头与船和船与船之间均采用系泊缆和靠垫进行连接.试验中考虑了风、流、浪等环境因素对码头系泊系统的影响.在风浪流模型试验中,分别测量了不同海况下系泊系统的动态响应,其中包括FSRU和LNG船的六自由度运动响应、系泊缆张力和靠垫接触力.相比较其它浪向,横浪(90°)引起的船舶运动更大,进而导致系泊缆和靠垫的受力增大.结果还表明,FSRU单船码头系泊在所有海况下安全性较好,但对于LNG船旁靠FSRU码头系泊系统,其对环境的响应非常敏感,尤其是横浪环境.     

深中通道管节港内系泊动力响应试验研究(Ⅰ:单管节试验)

系泊寄存于港内的待浮运管节在大风大浪等强动力条件下存在系泊安全风险，明晰管节港内系泊动力响应规律对科学评估及优化设计系泊方案、提升系泊安全性具有重要意义。文章以深中通道沉管隧道工程为依托，通过物理模型试验方法，测量了单个管节港内系泊的运动响应及系缆力等参数，系统分析了港内波浪发育规律、不同向波浪对港内泊稳条件影响以及不同类型动力条件下的管节动力响应特征及规律。研究主要结论有：外海波浪作用方向及时长对港内波浪分布及大小影响显著，进而影响系泊管节的动力响应；不同类型动力条件下空载或半载是管节系泊寄存的较不利载况，风是管节系泊动力响应的主控动力因素；风浪联合作用下，管节最显著的运动分量为横移和横摇，且均发生在空载、吹开风叠加波浪作用条件下。     

基于AQWA的集装箱船舶装卸作业系泊响应分析*

针对集装箱船装卸作业系泊安全问题,基于三维势流理论,利用AQWA软件对系泊集装箱船进行频域水动力分析和时域耦合分析。计算不同装载状态下六自由度响应幅值算子（response amplitude operator,RAO）、时域运动及各风浪流载荷下系缆最大张力;分析不同装载状态对集装箱船六自由度RAO和运动量的影响,评估装卸作业下码头系泊安全。结果表明：1）不同装载状态对横摇运动影响最大;2）满载时集装箱船运动量大于压载工况,系泊缆负载更大。试验结果为评估船舶装卸作业时的系泊安全提供仿真分析依据,对优化码头系泊方案也具有一定的指导价值。     

基于AQWA的发电船栈桥系泊水动力性能

为分析栈桥系泊系统和风、浪、流等环境因素对发电船水动力性能的影响,文章评估发电船系泊系统的安全性,合理设计发电船系泊系统,并建立发电船栈桥系泊数值模型。基于三维势流理论,应用AQWA软件对该船进行频域水动力性能分析,通过时域耦合仿真计算得到其六自由度运动响应、系泊缆张力和护舷压力,并对不同环境载荷下的船舶系泊系统进行安全校核。计算结果表明：在各作业工况下,发电船系泊系统是安全的;波高和浪向角对系泊缆的张力和运动响应有重要影响,波浪周期对纵摇和垂荡的影响较大。     

波浪作用下沉管隧道管段双驳船沉放过程的频域响应

基于线性波理论，应用三维分布源法求解边界积分方程，计算了波浪作用下双驳船施工沉放的沉管隧道管段沉放过程中的波浪荷载及频域运动响应。计算中忽略了驳船本身的运动对沉管运动响应以及缆绳受力的影响，缆绳作用力由静力学方法计算。计算结果表明，沉管受到的波浪荷载在靠近水面的位置较大，并随着沉管沉放深度的增加而减小；随着波浪周期的增大，沉管受到的波浪荷载先增大而后减小；沉管的运动响应一般在离水面近的位置较大，并随着沉放深度的增加而减小。     

驳船升沉运动和波浪联合作用对沉管管段运动特性的影响

文章探讨驳船吊挂沉放法进行沉管管段的沉放作业过程中,驳船升沉运动和波浪联合作用对沉管管段运动特性的影响。采用边界元方法求解作用在沉管管段的波浪力,驳船升沉运动考虑为简谐运动,应用四阶Runge-Kutta方法求解沉管管段的运动方程。通过数值算例分析,探讨了驳船做不同振幅与不同相位的升沉运动和波浪联合作用下沉管管段的运动特性。     

Hydrodynamic experiment of submerged floating tunnel under regular wave and current actions during construction period

Submerged floating tunnel (SFT) is an innovative cable-supported structural system for crossing deep and long-distance ocean environments. In the complex ocean environment, the construction of SFT needs to consider wave and current forces. Specific construction measures and control also require in-depth study and understanding of the dynamic response of SFT under such environmental loads. In this study, the dynamic response of SFT and cable forces under the action of waves alone and wave-current interactions are investigated by using a large wave-current basin. A total of 138 regular wave and wave-current cases were conducted during the experiments, and the influence of waves and wave-current interactions on the dynamic response of SFT and cable forces are discussed in detail by combining experimental data with corresponding analysis. Results show that the wave height, current velocity, and ratio of wavelength to structure size are important factors affecting the dynamic response of SFT and cable forces. The multi-anchor cable arrangement used in the present experimental tests distribute cable force more effectively and reduce the potential safety hazard caused by cable breakage. This study can provide a useful reference for the construction and control of the single SFT segment under construction in a complex ocean environment, especially under the interaction of waves and currents.     

沉管管节浮运过程中波浪附加阻力的水动力学分析

波浪引起的附加阻力是管节海上浮运过程中总阻力的重要组成。采用基于势流理论的水动力学软件AQWA计算了管节浮运过程中的波浪附加阻力。通过建立管节及附属结构的三维有限元模型,确定管节的几何、物理性质,建立湿表 面模型进行水动力学分析。对影响附加阻力的各因素,包括水深、航速、波浪谱及波浪要素等,进行了参数敏感性分析。计算结果表明,采用P-M谱的计算值较采用JONSWAP谱有所不同,附加阻力随水深增加而减小,阻力值与波浪周期及波浪入射角均有一定的关系,与波浪高度的平方成正比,且与拖航速度成正比。     

波浪作用下沉管隧道管段沉放过程的频域响应(英文)

大型沉管隧道管段的沉放是沉管隧道施工中的关键环节之一.为了解沉管隧道管段沉放过程中的运动特性,对双驳船施工沉放的沉管隧道管段进行了频域计算分析.基于线性波理论和三维分布源法,计算得到波浪作用下沉管管段沉放过程中的波浪荷载及频域运动响应.计算中假定驳船本身的运动较小,忽略了驳船的运动对管段运动响应的影响,缆绳作用力由静力学方法计算.计算结果表明,沉管受到的波浪荷载在靠近水面的位置较大,并随着沉管沉放深度的增加而减小;随着波浪周期的增大,沉管受到的波浪荷载先增大而后减小;沉管的运动响应一般在离水面近的位置较大,并随着沉放深度的增加而减小.     

潜艇在海洋密度锋中受绕运动建模与仿真研究

根据分析潜艇通过海洋密度锋区的受力特点,建立潜艇在海洋密度锋中的受力和垂直面运动模型。通过潜艇垂直面运动仿真,分析自由运动、PID操舵控制、操舵加均衡控制和综合运用增速、操舵加均衡控制等情形下海洋密度锋对潜艇纵倾角、潜浮角和升沉运动的影响,结果表明综合运用操舵、增速和均衡进行控制可以更为有效地控制潜艇在海洋锋区航行深度和运动姿态。     

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。     

海流作用下沉管—双驳船沉放系统沉放过程的阻力特性分析

文章通过CFD方法对海流作用下沉管管节与双驳船组成的沉放系统在不同沉放水深时的阻力进行分析,采用RANS方程和SST k-ε湍流模型,利用试验结果验证所用模型和方法的正确性。结合沉放过程三个典型工况,分析90°来流时的流场变化对阻力特性变化产生的影响。结果表明数值结果与试验结果差异较小,驳船和沉管之间的相对位置、沉管沉放深度对流阻力大小影响较大。