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。     

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.     

生产驳船多点系泊定位系统动态响应

导出了多点系泊系统的船舶运动方程,在船舶运动方程中计入了非线性恢复力。缆索分段的三维动态方程中采用了凝集参数模型与平均切向量非线性流体动力载荷处理技术,对某生产驳船系泊问题进行了计算,对受有风、浪、流环境力的系泊船运动方程进行了数值求解,得到了随时间变化的船舶运动和系泊索动态张力,考查了缆索动力学对船舶运动和链张力的影响,并与以前未计入缆索动力影响的准静态结果进行了比较。     

系泊浮箱运动稳定性影响因素分析

对于水上系泊系统,系泊方式对于整个系泊系统的系泊力和运动精度有着非常重要的影响,有必要分析不同系泊方式对系泊系统运动性能和系泊缆动力性能的影响,揭示系泊方式对系泊系统的作用和影响机理。基于势流理论,结合大型水动力学软件AQWA,以一种简单的矩形浮箱式结构物为典型示例,根据浮箱基本参数及相关技术要求,考虑系泊半径、预张力、张开角度等影响系泊性能的主要因素,建立系泊系统动力分析计算模型。分析结果表明:随着缆绳系泊半径的增加,系泊半径对最大系泊力的影响逐渐减少;增加系泊缆的预张力能够有效减少浮体纵荡偏移,提高系泊系统工作的稳定性;增加系泊缆张开角度能够更好地抵抗横向环境载荷,提高平台定位能力。     

海洋浮体二阶非线性水弹性力学分析--系泊浮体主坐标响应的频率特征

采用前文建立的海洋浮体二阶非线性水弹性理论，本文分析了一个弹性系泊浮体在波良中的主坐标响应的频率特性。给出了作用于弹性浮体的锚链系统恢复力刚度系数，在考虑一阶速度势的耦合引起的二阶力以及在高海况条件下浮体作大幅运动时其刚体运动引起的二阶力及瞬时湿表面变化引起的二阶力等成分的前提下，建立了系泊浮体的频率三维线性和非线性水弹性运动方程，同时给出了广义流体力系统的表达形式。计算了系泊浮体水弹性运动的一阶和二阶主坐标，重点讨论了主坐标的频率特征。计算表明系泊浮体不但存在高频弹性谐振，而且存在低频刚体谐振及耦合谐振现象。     

多点系泊船舶在波浪中的运动及其系泊力

运用理论方法研究多点系泊船舶在波浪中的运动及其系泊力,建立了多点系泊船舶在波浪作用下的运动和系泊力的计算模型和求解方法,提出了带浮筒的链系的特性计算方法。采用时域计算解决链系的非线性问题。通过模型试验验证计算方法的精度和可靠性,开发了可供工程计算的计算程序。     

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。     

系泊缆索的非线性动力响应计算

系泊缆索会受到非线性流体动力的作用,还会出现大的位移。采用三维弹性梁理论模型,把缆索看作是等拉伸刚度、等弯曲刚度的细长结构,采用非线性有限元法求解缆索的运动方程。用牛顿迭代法计算系泊缆索的静力平衡状态。对于缆索的动力响应方程,采用隐式、显式混合的数值格式,最终将方程化为显式格式进行求解,提高了计算效率;使用高阶单元,只需要较少的单元就可以得到收敛解。计算结果表明,该计算方法能较准确地描述系泊缆索的非线性特征,且适用于缆索大变形条件下的动力响应分析。     

海洋浮体二阶非线性水弹性力学分析--二阶力对浮体振动时间响应的影响

采用前文建立的海洋浮体二阶非线性水弹性理论，在系泊浮体一阶及二阶主坐标计算的基础上，本文给出了系泊浮体梁一阶及二阶主坐标的时间响应，分析了各运动模态受二阶力影响的规律，发现与纵荡、横荡或艏摇运动模态的对称特性相同并具有耦合效应的运动模态受二阶力的影响较大，而其它运动模态受二阶力的影响则较小。最后计算了浮体梁算例的垂向位移、弯矩和剪力的时间响应。得出了一些可供工程实践参考的结论。     

基于Optimoor的绿洲级邮轮码头系泊分析研究

系泊是航运业最常见的操作,将显著地改变波浪场特征.靠泊安全是海事任务中的一项基本要求,针对具体的码头通过耦合浮体运动得到系泊系统运动响应和缆索张力是实现这一要求的关键一步.本文以国外某大型绿洲级邮轮码头为例,论证风浪流作用下的系泊缆绳受力和船对护舷的撞击力,进而根据不同的环境条件和作业要求,对其归纳整理,给出允许系泊的...     

基于系泊静态相似的超大型浮体单模块系泊系统简化

由多个模块组成的超大型浮体,其系泊系统中的锚链数量会随着模块数量的增加而显著上升。对这样的多模块超大型浮体进行模型试验时,过多的锚链会增加系泊系统的系统误差,增加系泊系统的预张力调节难度。因此,合理地简化系泊系统,减少锚链数量十分必要。本文提出了一种基于静态等效的系泊系统简化方法,将系泊系统的静态等效转化为多目标优化问题,以初始系泊系统与简化系泊系统的水平静回复力和艏摇恢复力矩等效作为目标函数,利用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)求得最优的简化锚链参数,并对使用简化系泊系统的超大型浮体的运动响应进行模拟。通过对比使用简化前后系泊系统运动响应时历的相关性系数,证明对于本文中所使用的浅水悬链式系泊系统,基于静态等效对其进行数量精减并保证浮体的运动响应变化较小是可行的。同时,浮体本身的特性对锚链系统简化的最终效果存在着一定影响。     

基于AQWA的FPSO系泊系统响应数值模拟

针对墨西哥湾海域和西非海域,1 828.8 m水深转塔式FPSO系泊系统,利用水动力通用软件AQWA,建立风浪流作用下船体/锚链耦合系统模型,得到FPSO系泊系统频域与时域的动态响应.着重分析了浪向角180°和225°情况下的各自由度一、二阶响应.利用AQWA的缆索动力学模块,设计校核了系泊缆索受力情况.AQWA提供的...     

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...     

基于Narx网络模型的系泊缆截断点运动计算

主动式截断混合模型试验技术是一种新兴的海洋工程试验技术,然而由于缆索运动具有较强的非线性特征,时域内系泊缆截断点处的运动往往需要采用数值方法进行迭代求解,运算量十分可观,成为实现主动式混合模型试验技术的障碍。文中提出一种基于Narx网络模型计算时域内缆索截断点处加速度方法,该方法较一般数值方法所需要的计算时间更少且能保证较好的计算精度。     

系泊Spar平台波浪中耦合运动的数值模拟及模型试验

为了研究恶劣环境载荷引起海洋结构物的非线性运动响应,文章基于三维时域格林函数理论,提出了采用时域物面非线性理论方法直接模拟系泊浮体时域耦合分析所需的水动力,建立了系泊浮体波浪中时域耦合运动的数学模型.该方法充分考虑了每时每刻浮体在瞬态波面下湿表面的变化,并计及平均水线面下瞬时空间位置的改变,系统研究了系泊Spar平台波浪中的耦合运动响应及系泊线张力.最后,将数值模拟结果与模型试验结果进行了比较,计算结果令人满意.     

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。     

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。     

桁架式Spar平台与系泊/立管系统的全时域非线性耦合动态分析

开发了对浮式平台系统进行耦合动态分析的全时域程序。采用二阶时域方法计算水动力荷载,在此方法中,对物面边界条件和自由水面边界条件进行泰勒级数展开,利用Stokes摄动展开分别建立相应的一阶、二阶边值问题,而且此边值问题的计算域不随时间变化。采用高阶边界元方法计算每一时刻流场中的速度势,利用四阶预报校正法对二阶自由水面边界条件进行数值积分。在自由表面加入一个人工阻尼层来避免波浪的反射。对于系泊缆索/立管/张力腿的动力分析,在一个总体坐标系中对控制方程进行描述,采用基于细长杆理论的有限元方法进行求解。在耦合动态分析中,采用Newmark方法对平台和系泊缆索/立管/张力腿的运动方程同时进行求解。利用开发的耦合分析程序对一个桁架式Spar平台的运动响应进行了数值模拟,给出了平台的位移和系泊缆索/立管上端点的张力,并得到了一些重要结论。     

一种组合系泊系统及其系泊特性影响研究

为了在较低的成本下更大程度地减小浮体的运动,文章提出了一种组合系泊系统的概念,并基于三维势流理论,当系泊形式为锚链、重块、弹性索以及它们之间的组合时,运用AQWA软件计算了系泊浮体在不规则波中的运动响应。在几种不同的工况下,通过比较浮体的响应和锚线张力,发现有弹性索时浮体运动和张力明显减小,当弹性索长度增加时,运动和张力减小得更多。当弹性索长度一定时,位置的变化对浮体运动和锚链张力响应不大。带沉子时浮体运动减小,同时锚链张力增加得也不多,文中的发现在工程使用中具有很重要的参考和借鉴意义。     

系泊船舶动力学特性的计算机仿真研究

以三阶操纵运动方程为基础，引入定常的风力、潮流作用力和二阶波浪力，建立了系泊系统三自由度的运动微分方程。在此数学模型的基础上．建立了系泊系统的多自由度的计算机仿真模型。在潮流作用、潮流和风作用以及风浪流联合作用等三种情形下，对系泊船舶的动力学响应分别进行了仿真研究。研究表明，系泊系统的动力学行为具有强烈的非线性特征。对于单点系泊船舶而言，在定常的风浪流作用下．顶风顶浪顶流状态并不一定是最为危险的工况。