带螺旋侧板的Spar平台涡激运动数值模拟

[目的]长时间持续的涡激运动可能会引起Spar平台锚泊系统疲劳甚至是平台结构损坏,因此,必须充分考虑到涡激运动的不利影响。[方法]利用自主开发的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU以及动网格方法,对Spar平台的涡激运动流场特性进行数值模拟。采用基于剪切输运应力方程的延时分离涡(SST-DDES)湍流模式,对带螺旋侧板的Spar平台的三维精细尾涡结构进行模拟,研究其在不同折合速度下的纵向、横向、艏摇运动响应以及运动轨迹。采用水平线性弹簧系统替代模拟平台系泊系统,并在研究中考虑平台不同自由度间的耦合作用对平台涡激运动的影响,然后将数值模拟结果与模型试验结果进行对比,分析带螺旋侧板的Spar平台横向和流向运动时间历程、频谱特性、锁定现象等,以揭示其涡激运动的内在机理。[结果]结果显示,加装螺旋侧板可有效减小Spar平台涡激运动响应幅值;采用自主开发的CFD求解器计算模拟海洋平台涡激运动问题具有良好的精度和可靠性。[结论]带螺旋侧板Spar平台涡激运动的数值模拟分析对Spar平台实际设计工作具有重要意义。     

剪切流中Cell-Truss Spar平台涡激运动的CFD计算与模型试验研究

目前,Spar平台在离岸深水作业中得到越来越广泛的应用,作为影响spar平台在某些来流条件下运动响应特性的一种重要现象,涡激运动已成为国际海洋工程界亟待研究的一个新课题.本文采用CFD计算与模型试验相结合的方法,对一座称为"Cell-Truss Spar"的新型Spar平台在剪切流作用下发生涡激运动的现象进行了研究.相对于目前已存在并应用的Spar平台,Cell-Truss Spar平台在结构形式上有其自身的特征,研究中充分考虑了这一特征,对其建立适当的CFD计算模型,得到其涡激运动的特征,模拟了锁定现象的发生过程,分析了锁定现象的发生机理和规律;同时制作了精细的物理模型,测试了一系列的剪切流表面流速,得到了Cell-Truss Spar平台涡激运动的一些关键性参数,并成功地观察到了锁定现象的发生.CFD计算与模型试验相互比较,相互验证,最后对该平台涡激运动响应的特征进行了分析和总结,为进一步的涡激运动抑制研究奠定了基础.     

Spar平台涡激运动的数值模拟

涡激运动对Spar平台的安全性影响已越来越受到重视。文中采用基于粘性流的CFD方法,对海流作用下Spar平台的涡激运动特性开展研究:确定了Spar平台涡激运动的数值分析方法、绘制合理的网格,研究Spar平台横荡、纵荡响应以及平台在水平面内的运动轨迹特点,以及平台运动与漩涡脱落之间的关系;揭示了平台涡激运动随时间变化的发展规律,为下一步提出抑制Spar平台涡激运动的措施提供重要思路。该项研究成果将为开展Spar平台三维涡激响应分析提供一定的参考。     

深水Truss Spar水动力计算方法研究

为了研究深水Spar平台的运动特性,考虑平台与波浪的相对运动,对一座深水Truss Spar平台进行波浪载荷及运动响应计算。波浪载荷计算中Truss Spar主体和软舱采用3D势流理论计算,而垂荡板、桁架和立管系统采用线性化的Morison公式计算,同时求解中考虑系泊系统的影响。计算结果表明,Spar平台波频运动较小,而低频运动较为显著,其响应幅算子较大。     

二维立管Helical Strakes绕流场的ANSYS-CFD分析

利用ANSYS-CFD软件模拟螺旋侧板(helical strakes)对立管涡激振动的抑制作用。对二维的光滑立管和覆盖两种不同螺旋侧板高程的立管,在不同的雷诺数下进行模拟分析,将得到拖曳力和升力结果与数值和实验结果进行对比表明,螺旋侧板可以影响拖曳力和升力的变化,扰乱流场,很好地抑制漩涡的产生。     

考虑粘滞阻尼的Truss Spar频域响应分析

联合势流理论与修改的Morison方程,建立波浪作用下的Truss Spar平台运动响应计算模型。波浪激振力与相关水动力信息采用高阶边界元计算方法获得。通过数值模拟得到Truss Spar平台纵荡、垂荡和纵摇RAO,针对Morison阻力系数对响应的影响进行参数分析。计算结果显示,纵荡和纵摇仅在低频部分对阻力系数敏感。因此平台在遭受二阶波浪慢漂力作用时,粘滞阻尼将起到重要作用。对于垂荡方向,由于Truss Spar安装的垂荡板提供了较大的竖向粘滞阻尼,因此垂荡RAO受阻力系数的影响较大。     

基于CFD方法研究月池内部流体对Spar平台垂荡运动的影响

文章采用CFD方法研究了Spar平台月池内部流体对平台垂荡运动的影响.建立了二维和三维的数值水池,并获得了稳定的规则波.针对月池的不对开口率计算了Spar平台的垂荡阻尼系数,分析了月池内部流体的运动特性,并研究了开口率对平台垂荡运动的影响.研究表明,半封闭月池时Spar平台的垂荡阻尼有所增大,月池的开口率影响月池内部流体的运动以及平台垂荡运动的RAOs.在实际中,对月池开口率的优化设计可以适当地降低Spar平台的垂荡运动.     

基于CFD方法研究月池内部流体对Spar平台垂荡运动的影响（英文）

文章采用CFD方法研究了Spar平台月池内部流体对平台垂荡运动的影响。建立了二维和三维的数值水池,并获得了稳定的规则波。针对月池的不对开口率计算了Spar平台的垂荡阻尼系数,分析了月池内部流体的运动特性,并研究了开口率对平台垂荡运动的影响。研究表明,半封闭月池时Spar平台的垂荡阻尼有所增大,月池的开口率影响月池内部流体的运动以及平台垂荡运动的RAOs。在实际中,对月池开口率的优化设计可以适当地降低Spar平台的垂荡运动。     

一种改进的离散涡方法及其在涡激运动中的应用

海洋平台的涡激运动(VIM)会使与之连接的锚链和立管系统发生严重的疲劳破坏,缩短其疲劳寿命,是海洋工程领域的研究热点。离散涡模型(DVM)具有不受网格限制、在涡量集中区分辨率高、可用大时间步长模拟高雷诺数流场的特点。本文应用满足流函数方程的离散涡模型模拟了高雷诺数下二维圆柱绕流和涡激振动(VIV)问题,有效还原了涡激振动中的锁定现象,验证了模型的准确性。同时提出该模型对多体结构涡激运动求解的处理方式。利用该方法模拟了二维单柱Spar平台以及多柱半潜平台模型的涡激运动,通过对平台受力曲线、横荡与纵荡位移以及频率响应的分析,得出了平台涡激运动的普遍规律,为Spar和半潜平台的结构设计提供了参考。     

螺旋侧板的高度对VIV影响的CFD分析

深水立管在来流作用下容易产生流向和横向的周期性位移振动(VIV),这种流固耦合作用会加剧立管结构疲劳,最终导致其功能失效。之前的研究发现螺旋侧板可以有效的抑制VIV的影响,其中侧板高度和螺距等几何参数决定其抑制效率。文章主要基于CFD对不同高度螺旋侧板的立管的尾流场进行数值模拟。结果表明:在研究范围内,螺旋侧板随高度增大抑制VIV效果越好,在H=0.25D(D为立管直径)时作用最佳,但拖曳力系数明显增大,同时来流方向和螺旋侧板的夹角也会影响其抑制效率。     

基于Matlab仿真分析的节流孔缓冲设计

利用活塞-油缸进行缓冲制动时,经常要涉及到节流孔的设计.文中根据节流孔缓冲的液压原理,通过数学建模并利用Matlab进行仿真分析,对节流孔的孔径、个数及其分布位置进行设计,经过比较分析,得出了能满足缓冲性能要求的节流孔孔径、个数及其分布位置.     

某设备加强结构优化设计研究

随着船舶设计技术的发展和船舶性能的高要求,船用装备的要求也不断提高,这对船舶的结构设计提出了更高的要求;但依据原有的设计经验已远远不够,故采用有限元法对某船机库顶部某设备的两种加强结构形式进行计算和对比分析,给出相对较佳的结构加强和优化意见。     

FLNG结构设计若干关键技术问题分析

总布置方案的特点决定了结构设计的特殊性和复杂性;从总强度分析的角度,讨论了船体梁载荷的确定方法和适用于薄膜舱应力衡准的船体梁剖面模数校核方法;从薄膜舱晃荡强度分析的角度,讨论了薄膜舱晃荡强度分析载荷和适用范围的确定方法;从有限元分析的角度,讨论了有限元强度评估范围和首、尾货舱加载工况,并总结了船体结构在有限元强度评估中发现的突出问题和解决方法。     

土坡设计中的风险分析

在传统的土坡稳定分析中引入概率统计手段,形成土坡稳定的风险分析方法,从而达到控制土坡设计中的风险程度的目的。     

基于设计波法的舰船整船有限元强度分析

基于谱分析法对舰船剖面波浪载荷进行长期预报并确定设计波参数.利用有限元软件MSC.Patran 建立了全船有限元模型,通过PCL语言实现设计波波浪压力对船体湿表面有限元网格的自动加载.对2个设计波下的整船有限元进行分析,结果表明:整船分析不仅能真实表现舰船整体总纵变形和应力水平,还能充分考虑局部载荷对结构响应的影响.另外,基于三维水动力理论分析船体运动和剖面载荷进而确定设计波参数的过程,克服了传统经验公式估算载荷所导致的结果的不确定性和强度校核的不合理性.     

铰接和刚接模型对钢桁梁设计的影响

钢桁梁结构具有跨度大、承裁能力强、结构轻巧简洁等特点,广泛应用于工程项目中.目前在设计时通常采用简化的计算方法,一般均假定桁架结构为铰接,进而计算桁架杆件的轴向应力事实上上述假定同实际情况并不完全相符,节点不是理想的铰.对铰接和刚接两种模型进行比较分析,并通过实例验证,阐述了铰接和刚接模型对钢桁梁设计的影响.     

协调版共同结构规范对阿芙拉型油船的影响分析

针对协调版共同结构规范与共同结构规范的差异,以阿芙拉型油船为目标船型,通过中国船级社的CSR-H软件,分别开展全货舱计算分析。通过描述性要求计算、舱段有限元分析、细化强度分析、疲劳强度筛选、疲劳强度计算,重点分析协调共同结构规范对该型船的结构设计影响,以及钢材质量的变化。分析结果表明：描述性要求对结构的节点形式以及纵向构件的改变较大,将会导致空船质量增加;而直接结算只是对局部强度有所影响,对空船质量增加有限。     

电磁轨道炮的炮体结构设计

根据电磁轨道炮的炮体设计要求,对结构设计中的几项关键技术进行分析和阐述。首先从提高发射效率方面出发,提出了串联增强和开槽方式这2种提高电感梯度的炮体设计方法,并针对实际的几何结构,进行了几种不同结构形式的电感梯度计算分析和比较;然后进行了不同结构紧固方法优缺点比较,着重计算了采用螺栓紧固方法的设计参数;最后对电磁轨道炮的有限元分析、热设计进行了阐述,为电磁轨道炮的炮体结构提供了技术分析。     

基于钢护筒的植桩平台的特点及植桩锚固体系设计

采用钢护筒支撑形成的"植桩平台"具有适应复杂的工程地质条件、减少大型船机设备的投入使用、加快施工进度、避免打入钢护筒造成钢护筒受力变形的特点。通过控制翻浆孔口的位置和大小、调节锚固混凝土的和易性可以保证钢护筒具有足够的翻浆高度,使钢护筒与基岩间形成足够长度的刚性节点,确保钢护筒在汛期内的的单桩稳定性。     

基于正交设计与 BP -GA 算法的船体结构耐撞性能优化设计

船体结构耐撞性优化设计的主要目的是在船舶碰撞研究的基础上对结构进行优化设计,提高船体结构的耐撞性能。基于正交试验设计、BP神经网络和遗传算法,形成了船体结构耐撞性能优化设计方法。提出了一种耐撞性综合指标,并以此指标作为优化的目标函数,以结构质量为约束条件,利用MSC/Dytran有限元软件对船舶碰撞进行数值仿真,完成对某船舷侧结构进行耐撞性优化设计,结果表明优化过后结构耐撞性能有较大提高,这为结构耐撞性能优化设计提供了一种新的思路和方法。