波流作用下悬浮隧道局部锚索的破断动力响应

为研究波流作用下悬浮隧道局部锚索的破断动力响应,运用ANSYS/AQWA软件建立悬浮隧道及其锚泊系统的有限元模型.通过单元生死功能和时控法模拟锚索破断行为,对比分析不同波流条件对悬浮隧道局部锚索破断动力响应的影响.研究结果表明:锚索破断之后,会对剩余锚索产生冲击效应,缆力瞬态增量随着与破断位置距离的增加而逐步递减;规则波、均匀流和锚索破断作用引起的悬浮隧道动力响应具有不同的特征,规则波主要引起结构产生周期运动,均匀流主要引起结构产生大幅偏移和低频运动,锚索破断主要引起结构产生冲击效应和高频振动;锚索破断之后,剩余结构的阻尼增大、刚度降低,导致锚索破断前后的结构运动行为出现明显的不同.     

悬浮隧道水动力问题研究概述

悬浮隧道作为一种新型的跨水域交通方式近年来引起各国学者广泛的关注,文章在介绍悬浮隧道研究背景与各国发展状况的基础上,首先梳理了悬浮隧道断面形式与管体连接方式的相关研究,分析了不同断面形式的优缺点,概述了管段之间连接、支撑悬浮系统连接以及隧道两端连接的相关成果。文章重点围绕悬浮隧道水动力问题,系统梳理了针对悬浮隧道水动力荷载、不同荷载作用下的运动响应及锚索系统的涡激振动及其抑制问题的研究,最后通过总结前人的研究成果,提出了悬浮隧道水动力研究方面需要进一步关注的问题。     

水中悬浮隧道受撞击作用的数值分析

针对水中悬浮隧道在偶然状况下受到的潜艇撞击问题,文章采用流固耦合方法,建立了撞击作用下浮筒式悬浮隧道的有限元动态模型,分别撞击跨中、隧道四分之一跨、浮筒,分析隧道变形、撞击力、连接钢管拉杆力、隧道端部约束力、隧道动能情况。结果表明:撞击作用下,隧道整体变形明显,结构内力大。不同撞击位置处,悬浮隧道在水下的结构变形和受力行为区别明显。对此,有必要考虑撞击位置进行悬浮隧道的抗撞击设计。     

双管悬浮隧道水动力性能试验

利用波流水槽构建双管悬浮隧道（SFT）节段模型,对其水动力性能进行试验研究,详细研究其在波流环境下的水动力性能,并将所得结果与传统单管SFT的水动力性能进行对比。结果表明：随着波浪周期的增加,双管SFT没有出现明显的峰值,运动曲线保持平稳状态,原因可能是双管SFT结构的基频得到提升,有效避开了常规波流载荷共振的能量密集区;与传统的单管SFT相比,无论是波流联合作用,还是波流单独作用,双管SFT在横荡、垂荡和横摇方向上的运动响应和锚索缆力幅值均更小,安全平稳性更好,且随着波高的增加,该效果越明显。研究结果可为SFT和其他类似工程的开展提供参考。     

随机波流作用下不同截面形式悬浮隧道的动力响应

悬浮隧道是一种用以跨越长深水域的新型交通结构物,其动力响应是评价其安全性的关键性指标。不同截面形式悬浮隧道具有不同的水动力特性,为研究不同截面形式的悬浮隧道在海洋真实随机波浪及均匀流荷载环境下的动力响应,基于势流理论建立悬浮隧道有限元模型。为了验证计算理论的准确性,将数值模拟结果与试验结果进行对比。结果表明,该计算理论具有较高的准确性,可用于进一步的悬浮隧道动力响应分析。对不同截面类型悬浮隧道在不同工况下动力响应进行分析,结果表明：椭圆形截面悬浮隧道对波流的敏感性最高,安全性最差;矩形截面与八边形截面在大多数情况下的动力响应较为接近,但八边形对于有义波高的敏感性更高一些。研究结果可为悬浮隧道建设提供有效的建议。     

中国南海波浪作用下悬浮隧道运动响应研究

通过采用光滑粒子法求解弱可压流体运动方程,建立波浪-悬浮隧道-系泊系统全耦合时域分析模型,研究波浪对悬浮隧道耦合作用下的动力响应。基于中国南海实测海洋环境数据,对波浪作用下悬浮隧道的整体受力、运动响应及系泊受力进行研究。结果表明：受雷诺数影响,隧道受到的波浪力与波浪强度呈非线性关系;系泊缆与海床夹角越小,隧道的纵摇幅值越小;当角度为45°时,隧道运动性能及系泊缆受力能够达到较好的平衡状态。研究结果能为悬浮隧道选型及系泊系统设计提供参考。     

船舶与海洋平台碰撞的动力响应研究

海洋平台在复杂的海域工作时,除了受环境载荷影响,也可能受到过往船只碰撞的影响。本文分析了船舶与海洋平台碰撞的外部动力学问题,得到完整的碰撞力时程曲线。在1 000 m水深,风、浪、流联合作用下,分别对有无碰撞力影响的平台进行完全时域耦合分析,并将碰撞前后的运动响应以及系泊缆顶端张力的计算结果进行对比,得到碰撞力的变化趋势、碰撞后平台运动响应特性和系泊缆顶端张力变化情况,为今后海洋平台的设计、系泊、防撞等方面提供一定的理论支持。     

不同碰撞角度下水-船-墩流固耦合数值模拟研究

为研究不同碰撞角度下流体对船桥碰撞过程的影响,本文建立了水-船-墩精细化流固耦合模型,流体域采用ALE描述,船-桥结构采用Lagrange描述,通过罚函数算法实现结构-流体间的耦合。通过数值造波结果与解析解对比,验证了数值水池和耦合接触算法的可靠性。随后在0°～45°范围内开展了碰撞数值模拟,并与附加质量模型在能量转化、碰撞力、桥墩内力及位移、船舶损伤及航迹方面进行了对比。结果表明：流体对碰撞力影响较小;附加质量模型会略微夸大桥墩位移,但差别较小;两种模型的船舶撞损差别较大,不考虑流体时将夸大船舶撞损程度,最高可达21%;流体对船舶航迹与姿态会产生显著影响,流固耦合模型中船舶会明显滞后于附加质量模型。     

基于Ls-dyna的船舶与码头碰撞动力特性仿真分析

运用非线性显式有限元的方法,分析船-码头碰撞的全过程,探讨碰撞部位对船舶动力特性的影响规律,揭示船-码头碰撞过程中船体构件的受损情况,预报碰撞力及变性能的时程变化规律。研究表明:船舶与码头发生首碰、尾碰时,船舶主要受力构件、受力特点明显不同,主要受力构件的应力分布特点是分布面积小,维持时间长,应力数值大;次要受力构件的应力分布特点是分布面积大,维持时间较短,应力数值小性。船舶与码头碰撞过程中伴有船舶的凹陷及船体外板的运动,在实际工程中应当给予足够的重视。     

不同锚泊方式悬浮隧道在随机波作用下的动力响应试验

为研究不同锚泊方式悬浮隧道在随机波作用下的动力响应,设计对应的节段模型试验,分析考虑随机波作用的3种锚泊方式悬浮隧道的动力特性。根据相似准则,考虑波流水槽的尺寸,设计几何比尺为1∶150的物理模型试验。将数值模拟结果与试验结果相对比,验证试验结果的准确性和可靠性。开展不同工况下的模型试验,分析随机波作用下3种典型锚泊方式悬浮隧道管体结构的横荡、垂荡和横摇运动响应,以及锚索的受力情况。研究结果表明：锚泊方式1的抑振能力最差,锚索缆力最大,安全性最差;锚泊方式2在垂荡方向上具有较好的抑振能力,锚索缆力比锚泊方式1小;锚泊方式3在横荡、纵荡、横摇运动响应和锚索缆力方面的表现均较佳,安全性更好。该研究可供悬浮隧道工程及其他类似工程的锚泊设计提供参考。     

全回转起重船多系统耦合运动响应仿真分析

根据运动学基本原理,计入船-吊物、船-锚链耦合影响以及起重船自身受到的外环境载荷,建立船舶多系统运动模型。利用MATLAB/Simulink软件进行仿真,对多系统耦合作用下的船舶运动进行数值分析。分别在不同的遭遇浪向角和不同的吊臂回转角下,对船舶在各自由度上的位移进行比较,得到其对船舶运动参数的影响规律。结果表明:起重船运动过程中因计入多系统耦合影响,自身运动也表现出更为符合实际的运动特性,为准确预报全回转起重船多系统的运动响应提供了更为科学的理论依据。     

FPSO与穿梭油轮的耦合水动力及运动响应研究

为探明通用型FPSO与穿梭油轮串靠外输模式下耦合水动力及运动响应特性,利用Aqwa软件,对通用型FPSO与穿梭油轮进行频域水动力分析,得到FPSO与穿梭油轮的水动力响应数据。选取墨西哥海域典型外输状态海况条件,开展FPSO与穿梭油轮系泊状态下耦合运动响应的数值预报,分析FPSO与穿梭油轮的间距、海况、装载工况等因素对运动响应及系泊系统载荷的影响。本文研究成果对通用型FPSO与穿梭油轮外输作业时选取合理的海况和间距具有指导意义,同时可用于指导系泊系统的设计。     

船艏冰刀对船冰碰撞时结构动力响应影响分析

为探讨极地冰区船舶通过加装船艏冰刀的方式能否改善船冰碰撞结构动力响应的问题,采用非线性有限元方法,从能量转换、应力、应变云图、碰撞力和船速随时间变化关系等多个角度,比较有、无艏部冰刀两种情况下,船舶艏部与排冰发生碰撞时的动力响应规律。结果表明,加装艏部冰刀可减小船体自身的损伤和变形,改善船舶破冰性能。     

海流作用下悬浮隧道缆索的运动响应

考虑参数激励频率,利用涡激振动方程,应用伽辽金和龙格库塔数值积分法,计算出不同流速下参数激励对缆索1阶振动的影响;进一步计算隧道—缆索耦合作用下缆索的振动响应。计算结果表明参数激励为缆索固有频率2倍时,缆索响应最大;隧道对缆索振动有明显的抑制作用。     

船舶码头系泊的耦合动力响应分析

以码头系泊船舶为研究对象,利用水动力软件 AQWA,分析不同浪向角对其运动响应幅值算子和一阶波激力的影响,并在时域耦合分析的过程中,对系泊系统进行优化,从船舶运动响应和系泊缆张力2个方面,对沿型深方向优化和尾横缆优化的结果进行分析。计算结果表明,不同的优化方案对船舶的运动响应和系泊缆张力的影响不同。     

船舶码头系泊的耦合动力响应分析

以码头系泊船舶为研究对象,利用水动力软件AQWA,分析不同浪向角对其运动响应幅值算子和一阶波激力的影响,并在时域耦合分析的过程中,对系泊系统进行优化,从船舶运动响应和系泊缆张力2个方面,对沿型深方向优化和尾横缆优化的结果进行分析。计算结果表明,不同的优化方案对船舶的运动响应和系泊缆张力的影响不同。     

系泊多浮体耦合系统水动力特性数值分析

基于系泊浮筒链防撞系统,利用AQWA软件对不同海洋环境下的系泊多浮体耦合系统进行全耦合时域分析,得到浮体的运动响应和缆绳受力情况。结果表明,系泊缆绳最大张力出现在端部系泊缆上,中部系泊缆的迎浪侧缆绳比背浪侧缆绳张力大;单纯波浪环境下,浮体平均横向位移较小,在初始位置往复运动,波流共同作用时浮体发生前后摆动,在水流前进方向运动量较大,而且不能回到初始位置。最后将数值模拟结果与现有试验结果进行对比,验证了该全耦合时域分析方法的可行性,能够为系泊多浮体耦合系统的水动力特性研究提供参考依据。