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。     

有航速Kramers-Kronig关系及浮体运动的间接时域法

间接时域法在无航速浮体波浪上的运动模拟中得到了广泛应用,但其在有航速问题上的适用性没有得到系统论证。论文基于三维移动脉动源得到的频域水动力系数和拉普拉斯方程的线性特性,给出了考虑了航速效应的时延函数。在此基础上重新推导并数值计算验证了有航速条件下附加质量与阻尼系数之间的KK(Kramers-Kronig)关系,统一了有航速浮体和无航速浮体关于水动力系数相互关系的表达。通过讨论波浪力高频、低频部分渐近值得到波浪力脉冲响应函数,采用间接时域法建立六自由度时域运动方程,计算得到浮体运动时历,RAO与频域结果吻合良好。研究证明了间接时域法在处理有航速浮体运动问题上的可行性及其理论上的统一性,同时发现航速效应项对于时延函数计算和运动计算均有重要影响。     

考虑水动力耦合的并靠双浮体系泊系统动力特性研究

研究并靠系泊双浮体系统耦合动力响应特性.建立了时域动力学模型.基于三维势流理论和时频转换关系计算浮体水动力,编制动力学求解程序,并验证了动力学模型的正确性.分析了耦合水动力对并靠双浮体运动的影响.计算结果表明,水动力耦合对两船运动影响机理复杂.其中,对横摇影响最为显著,横摇极值最大增量大于25％;横荡、垂荡、纵摇受到的...     

柔性连接装置约束下的相邻浮体频域响应分析

许多海上工程作业会涉及两个或多个浮体相邻作业,如海洋平台组块双船浮托安装等。在波浪作用下,相邻多浮体会发生水动力干扰现象,在特定条件下引起强烈的间隙共振,产生的巨大波浪力会对浮体造成破坏。相邻多浮体之间往往会存在柔性连接,需要考虑多浮体水动力干扰及柔性连接构件的约束力对浮体运动响应的耦合作用,以及约束力本身对刚性或柔性连接构件的影响。因此,需要建立多浮体耦合的水动力—结构动力模型研究相互连接的海上浮式结构在复杂环境载荷下的动力响应。文中以双船浮托安装作业为背景,开发了耦合的水动力—结构动力模型分析平台组块在双船拖运过程中的复杂动力响应。通过结合动态子结构法和静凝聚法,考虑连接构件的柔度,将连接构件的质量和刚度凝聚到构件与双船的连接点处。结合多浮体频域水动力分析,研究了双船在柔性构件约束下和复杂水动力干扰共同作用下的运动响应。     

有航速纵向连接多联浮体频域特性分析

针对水深和浪向等参数对有航速纵向连接多联浮体运动产生影响的问题,基于势流理论分析了有航速的纵向连接多联浮体的水动力特性,并利用水动力计算软件AQWA分别对不同水深、不同浪向和不同航速下多联浮体结构进行了频域计算,得到了多联浮体RAOs随波浪圆频率的变化曲线。计算结果表明,水深越浅,垂荡RAOs会减小,但纵摇与首摇RAOs会增大,对于所研究的纵向连接多联浮体而言,8 m以上水深可以看作无限水深进行分析和计算;不同浪向对纵向连接多联浮体各自由度影响不同,若多联浮体产生较大的运动响应时,应及时改变航向;在较高航速下纵向连接多联浮体各自由度RAOs会产生较大的响应,在低中频段航行时应适当降低航速航行,在高频段航行时可以适当提高航行速度。     

系泊浮体在浅水波浪中运动响应的计算研究

对于船舶在浅水中的运动和锚泊系统响应问题,使用时域方法计算一艘起重铺管船在浅水无航速系泊状态下在波浪中的运动响应.基于三维频域势流理论,应用SESAM软件计算浮体在规则波中的频域水动力参数及运动响应.通过频域到时域的转换方法,得到浮体在时域中的水动力系数和不规则波的一阶与二阶波浪力.在时域内计算锚链拉力,再耦合数值求解浮体时域运动方程,得到其在不规则波中的运动时历.最后,采用本方法计算铺管驳船在多点系泊状态下,在浅水波浪中的6个自由度的运动响应和锚缆张力,并将计算结果与模型试验进行比较.分析表明本方法能够提供具有工程精度的船舶运动性能预报.     

双船间隙水体运动特性及水体阻尼修正研究北大核心CSCD

[目的]旨在修正势流理论在计算小间隙双浮体系统时由于无黏假设导致的结果失真现象,研究间隙水体的运动响应特性。[方法]建立过驳双船系统CFD数值计算模型,分析间隙水体的响应特点及机理。之后将CFD计算结果与势流理论计算结果进行对比,获得准确的双船间隙水体修正阻尼系数,从而修正势流理论的计算结果。[结果]结果表明,不同频率的波浪通过双船间隙时波面升高变化趋势不同,对于低频波浪,入射波不能穿过双船间隙,间隙的波面升高小于入射波的波幅;对于高频波浪,入射波可以从双船的间隙穿越,间隙内波面升高大于入射波的波幅;在特定波浪频率下,双船间隙存在一个高速区域,对应的双船内侧动水压力降低,产生较大的吸力,可能对过驳作业造成不利影响。[结论]通过上述方法得到了更为准确的间隙水体修正阻尼系数,为过驳双船系统的高精度、快速水动力及运动性能计算提供了指导。     

旁靠补给系泊系统研究

本文建立一种旁靠补给系泊系统,目标船舶和补给船通过缆绳连接,两船之间设置有浮箱防止碰撞,浮箱两面均设置有护舷起缓冲作用。本文重点研究旁靠系泊系统的动力特性,并在频域和时域进行研究,频域研究中得到船舶的幅值响应算子RAO;时域研究得到两船相对位移响应和缆绳的张力最大值,通过设置不同的系泊系统组成参数等,研究各个参数对系泊系统运动稳定性的影响。本文可为未来的旁靠补给方式研究提供一定的参考,有较高的工程实用价值。     

柔性连接装置约束下的相邻浮体动力响应分析

许多海上工程作业中会出现两个或多个浮体相邻作业的情形,如海洋平台组块双船浮托安装等.在波浪作用下,相邻多浮体会发生水动力干扰现象,在特定条件下引起强烈的间隙共振,产生的巨大波浪力会对浮体造成破坏.相邻多浮体之间往往会存在柔性连接,需要考虑多浮体水动力干扰及机柔性连接构件的约束力对浮体运动响应的耦合作用,以及约束力本身对刚性或柔性连接构件的影响.因此,需要建立多浮体耦合的水动力-结构动力模型研究相互连接的海上浮式结构在复杂环境载荷下的动力响应.本文以双船浮托安装作业为背景,开发耦合的水动力-结构动力模型分析平台组块在双船拖运过程中的复杂动力响应.通过结合动态子结构法和静凝聚法,考虑连接构件的柔度,将连接构件的质量和刚度凝聚到构件与双船的连接点处.结合多浮体频域水动力分析,研究双船在柔性构件约束下和复杂水动力干扰共同作用下的运动响应.     

旁靠补给系泊系统研究

本文建立一种旁靠补给系泊系统,目标船舶和补给船通过缆绳连接,两船之间设置有浮箱防止碰撞,浮箱两面均设置有护舷起缓冲作用.本文重点研究旁靠系泊系统的动力特性,并在频域和时域进行研究,频域研究中得到船舶的幅值响应算子RAO;时域研究得到两船相对位移响应和缆绳的张力最大值,通过设置不同的系泊系统组成参数等,研究各个参数对系泊系统运动稳定性的影响.本文可为未来的旁靠补给方式研究提供一定的参考,有较高的工程实用价值.     

半潜式渔业养殖平台运动响应研究

半潜式渔业养殖平台通常由浮体系统、框架系统和网衣系统组成.论文提出了一个混合时域数值模型,采用势流理论计算浮体系统承受的水动力载荷,并分别用莫里森公式和平面模型法计算框架系统和网农系统承受的水动力载荷,进而求解平台的运动方程.基于该数值模型编制了计算程序,对一个半潜式渔业养殖平台在各种波况下的运动响应进行数值计算.用商...     

FLNG-LNGC并靠外输系统参数对双体水动力性能的影响

针对FLNG关键技术的并靠外输问题,本文基于频域波浪势流理论建立FLNG单体和FLNG-LNGC双体水动力模型,并且结合上海交通大学水池模型实验和经典文献结果验证了数值算法的准确性.在此基础上,深入讨论了FLNG并靠外输系统单浮体水动力特性和双浮体的耦合作用.进一步通过改变系统参数(间距、装载状态、波浪入射方向和水面阻尼)建立不同的并靠外输模型进行参数敏感性分析,并且对FLNG-LNGC双船间水体共振规律进行探索.     

多浮体海上平台水动力响应分析

多浮体海上平台是一个典型的刚柔流耦合多振子系统,本文利用水动力软件AQWA,建立平台的数值仿真计算模型,然后对该平台进行水动力分析。结果表明,浮体响应幅值随连接件刚度变化会出现较大振荡区间现象;在低频和高频阶区域,平台附加阻尼相对较小;在高频区域内,平台幅值响应很小,稳定性良好。本文研究可以为大型海上浮体结构设计提供指导意义。     

多浮体海上平台水动力响应分析

多浮体海上平台是一个典型的刚柔流耦合多振子系统,本文利用水动力软件AQWA,建立平台的数值仿真计算模型,然后对该平台进行水动力分析.结果表明,浮体响应幅值随连接件刚度变化会出现较大振荡区间现象;在低频和高频阶区域,平台附加阻尼相对较小;在高频区域内,平台幅值响应很小,稳定性良好.本文研究可以为大型海上浮体结构设计提供指导意义.     

Spar平台上部模块就位过程多浮体响应分析

研究多浮体扰动下的海上就位过程时域模拟,建立起重船和Spar平台水动力模型,在频域下求解水动力系数,使用纽马克方法求解包含吊块在内的多浮体时域运动方程.通过研究不同浪向,风速,以及时间节点上的响应,得到了就位过程的安全和危险操作海况.     

卸载浮标系统运动响应分析*

深水卸载浮标系统具有相对较小的排水量和惯性,其系泊缆索的质量、阻尼和刚度会对卸载浮标系统产生非常大的影响,因而对浮标和其系泊系统进行准确的耦合动力响应分析十分重要.应用边界元方法计算浮标的水动力,通过快速傅立叶变换,将频域计算结果变换到时域;基于全量的拉格朗日表述和两节点的等参索单元,应用几何非线性有限元方法和Newmark方法计算了系泊缆索张力;最后应用四阶龙哥库塔法计算浮标及其系泊缆索的时域耦合运动方程,得到浮标运动响应和缆索张力.     

近岛礁地形影响下的浮式平台运动响应

近岛礁附近的地形一般呈现高低不平的状态,水深从几十米到几米不等。远场波浪向近岸传递过来时在礁盘上会经过复杂的演化,使得浮体附近的波浪呈现一定的非均匀性,不同于常规的长峰规则波,同时礁盘的起伏变化会对波浪中的浮体的运动产生影响,最终使得浮体在复杂地形下的水动力运动响应不同于一般均一水深下的浮体响应。该文通过建立浮体和礁盘地形的耦合水动力模型,计算了礁盘对浮体入射波力、绕射力、辐射水动力系数以及运动的影响,同时与水池模型试验对比了浮体运动,两者较为一致。研究表明复杂地形对浮体的水动力运动存在较大的影响,在某些周期附近会增大浮体的运动响应,因此需要理性考虑复杂地形对浮体的影响。     

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。     

三维锚泊系统时域计算分析

通过采用在频域内对浮体运动方程求解并将计算结果转换为时域结果,同时与锚链线运动时域方程耦合求解锚泊浮体在限制工作水深的运动位移与锚链线上的张力.采用一种考虑锚链线上各种受力的三维锚链线模型来计算锚链的位移与受力.通过对计算结果的分析表明,本方法简单、实用,可以提供具有工程精度的锚泊性能预报.     

浮码头与旁靠船舶的运动响应特性研究

本文基于三维势流理论，采用数值分析方法研究了浮码头与散货船旁靠系泊的运动特性。考虑缆绳和护舷的非线性特性，探求了波浪周期对浮体运动、系缆力的影响规律。研究结果表明：考虑间隙内水体运动影响，旁靠散货船在横浪条件下的纵摇和纵荡运动有所增大。浮码头在计算工况下，缆绳受力较大，在某些工况条件下超出了国际系缆力标准的要求，旁靠散货船的缆绳在计算工况下均未超标，满足要求。研究结果为浮码头系泊系统的设计及工程运营提供理论参考。