超大型多模块浮动平台柔性连接器刚度配比优化

连接器是超大型多模块浮动平台的关键部件,其刚度特性对多模块浮动平台的动力学响应影响很大,如何合理地安排连接器的各向刚度对连接器的设计至关重要.本文提出了一种通用的优化流程以寻求连接器的最优刚度配比.考虑实际工程需求,基于线性加权和法构建了优化问题的目标函数,并采用遗传算法寻求目标函数的全局最优解.针对不同模块数量的链式浮动机场,开展了不同海况下连接器最优刚度配比研究.结果表明,连接器采用纵向小刚度、横向和垂向大刚度对链式浮动机场的动力学性能最为有利.本文提出的连接器刚度配比优化算法可为不同类型超大型多模块浮体系统的连接器结构设计提供理论指导.     

变尺度链式和阵列式浮岛动力学特性演变规律研究（英文）

本文考虑一个变尺度浮岛,研究浮岛拓扑构型从种子模块演变为链式结构,再从链式结构演变为阵列式结构的过程中系统动力学特性的演变规律。建立尺度可变的多模块浮动平台的广义动力学模型,重点围绕浮岛的稳定性和特性演变进行分析。数值结果给出了链式和阵列式浮动平台发生弱振幅运动时连接器的临界刚度,讨论了浮动平台结构设计中连接器刚度的设计范围,研究了浮动平台动力学特性随其尺度变化的规律。结果表明,链式或阵列式浮动平台尺度的增加可以改善系统的动力学稳定性,但可能会增大对应的连接器载荷。研究结果可为浮动平台的构型设计提供理论指导。     

超大型浮体模块柔性连接功能仿真模型试验研究

精确评估模块柔性连接性能对连接器和超大型浮体的结构安全性具有重要意义,而模型试验是获取超大型浮体模块柔性连接性能的必要手段。文章以横向浮筒式的浅吃水超大型浮体为研究对象,根据连接器动响应计算结果,设计了柔性连接器模型;通过不同幅值和载荷组合的连接器静态拉伸和压缩试验,研究了超大型浮体连接器的刚度特性,探讨了组合载荷对连接器刚度的影响;通过不同幅值和周期的连接器纵向动态载荷试验,研究了超大型浮体连接器在动态载荷作用下的结构响应,验证了超大型浮体连接器结构的安全性和适用性。试验结果表明在静态和动态载荷作用下文中设计的柔性连接器连接可靠、结构安全,连接器载荷、位移和应力测量结果可为验证连接器结构设计和计算方法提供依据。     

超大型浮体柔性连接器动响应研究

为了降低VLFS(超大型浮体)模块连接的巨大载荷,通常选择柔性连接器.本文以某横向浮筒式的浅吃水超大型浮体为研究对象,采用RMFC模型(刚性模块柔性连接器)分析连接器载荷和模块运动响应,并与三模块模型试验进行比较验证.通过较高和较低横向刚度的系列纵向和垂向刚度组合的连接器载荷计算,给出连接器载荷随刚度变化的关系,分析连接器载荷峰值出现的原因.针对连接器载荷峰值对应的刚度组合,计算模块运动响应,分析模块相对运动模式.研究结果表明,对于较高和较低的横向刚度,均存在一定的纵向和垂向刚度组合,导致连接器载荷出现较大的峰值;连接器载荷峰值对应浪向角85°左右的海况,模块相对运动主要表现为艏摇.     

超大型海上浮式基地柔性连接器设计及强度分析

超大型海上浮式基地（VLFB）连接器的设计是 VLFB 设计过程中非常关键的环节。文章采用 Sesam/GeniE建立 VLFB 模块水动力模型,计算出不同刚度连接器在4个海况下的最大载荷值,选取了合适的连接器刚度,并计算出此刚度下的连接器在5个海况下不同浪向角的连接器载荷,选取7级海况45°浪向角的载荷作为设计载荷值,提出了一种柔性连接器的设计方案,并用 Abaqus 建模进行非线性分析,结果表明方案符合设计要求,为VLFB 连接器的设计提供了参考。     

超大型浮体柔性连接器极限强度模型试验研究

本文针对五模块横向下浮筒式超大型浮式结构物,基于刚性模块柔性连接模型计算获得连接器的工作载荷和极限载荷,结合超大型浮体结构形式和连接器构型特点,设计并开展了柔性连接器结构极限强度模型试验,获得了连接器结构的失效模式和极限强度.试验结果表明该连接器设计合理、连接安全、结构可靠,为验证柔性连接器极限强度评估方法和优化柔性连接器设计方案提供了依据.     

非线性铰接双浮体波能转换器的能量捕获特性研究

本文针对传统铰接浮体线性波能转换器捕获效率低、频带窄的固有瓶颈,提出一种可用于铰接浮体波能转换器的简易负刚度机构,可作为一种被动方法提高系统的波能捕获效率。首先,提出一款简单紧凑的负刚度装置,该装置通过在铰接浮体间布置简单的拉伸弹性元件实现;其次,基于线性波浪理论和Cummins方程,建立两模块非线性波能转换器的时域动力学模型,同时为提高计算速度,采用状态空间模型替代表征波浪辐射力的卷积积分项;最后,分析规则波作用下两模块非线性波能转换器的波能转换特性。数值结果表明,通过引入非线性负刚度机构,可有效降低系统的等效固有频率;当负刚度机构调整到适当参数时,系统的弹性力在纵摇运动的相平面上能形成一个椭圆势井,其长轴接近铰接双浮体纵摇运动的模态方向,由此可使两模块的纵摇运动趋于反向,起到被动相位控制的作用。基于上述机理,合适的非线性负刚度结构可有效提高能量的捕获效率和拓宽能量吸收的频带。     

多模块MOB连接器动力特性研究

以7模块MOB为研究对象,利用RMFC模型,基于势流理论对7个构成模块单元进行3D水动力性能分析,计算过程中考虑了由于遮蔽效应而导致的浮体间相互作用。编制基于频域的多浮体运动和柔性连接器载荷计算程序,计算在规则波和不规则波下的连接器载荷值,并比较不同连接器刚度下各柔性连接器载荷值。计算结果表明,波浪入射角、波频、连接器刚度和海况对连接器载荷响应具有显著影响。本文的计算结果可为MOB柔性连接器设计与模块耐波性设计提供参考。     

超大型浮体柔性夹层连接器力学性能研究

考虑连接器作为超大型浮体最为薄弱的构件之一,研究带有柔性夹层连接器的力学特性,旨在明确柔性夹层对连接器的刚度和应力变化的影响.通过建立钢与柔性夹层的本构模型,采用接触力学分析手段,对连接器进行力学分析,分别获得超弹性橡胶和尼龙作为柔性夹层时连接器的力学特性和刚度变化曲线,并获得不同厚度,初始弹性模量和泊松比对这一结果的影响程度.分析发现,超弹性橡胶与尼龙对于连接器的应力大小具有显著影响,采用超弹性橡胶和尼龙夹层时,连接器的应力水平与应力分布也明显不同,同时材料参数的变化对于连接器的刚度变化影响较大.可根据实际需要,对柔性夹层材料进行参数优化,既得到合理的连接器刚度,又将连接器应力水平控制在合理范围内.     

多模块MOB连接器动力特性研究

以7模块MOB为研究对象,利用RMFC模型,基于势流理论对7个构成模块单元进行3D水动力性能分析,计算过程中考虑了由于遮蔽效应而导致的浮体间相互作用.编制基于频域的多浮体运动和柔性连接器载荷计算程序,计算在规则波和不规则波下的连接器载荷值,并比较不同连接器刚度下各柔性连接器载荷值.计算结果表明,波浪入射角、波频、连接器刚度和海况对连接器载荷响应具有显著影响.本文的计算结果可为MOB柔性连接器设计与模块耐波性设计提供参考.     

LNG工作船组铰接状态下的运动分析

考虑到用于水动力分析的一般商业软件不会提供铰接约束单元给用户用于对连接相邻浮体进行铰接运动计算,故采用定义刚度矩阵的方法实现上述分析功能,应用Hydrostar,建立相对于铰接点的刚度矩阵,并将此刚度矩阵转化为相对于各个浮体重心的刚度矩阵,分析三船体铰接状态下的运动特性。通过将Hydrostar的计算结果与AQWA的结果对比验证了此分析方法的可行性。     

复合材料加筋壁板的弯曲计算和刚度优化

建立了分布载荷作用下四边固支复合材料帽型加筋壁板弯曲变形的理论模型。通过算例比较理论计算和有限元仿真的结果,验证了理论模型的可靠性。在该理论计算模型的基础上,借助优化软件Isight,开展铺层角度和几何尺寸对目标函数的灵敏度分析,寻找主要设计变量并开展其对目标函数影响的研究以及加筋壁板刚度的优化设计。研究结果显示,面板和帽形筋外侧的铺层角、帽形筋高度以及斜边与面板的夹角是影响加筋壁板弯曲刚度和挠度的主要变量;加筋壁板弯曲刚度优化的主要方向是提高纵向弯曲刚度系数。对于同一优化目标,借助Isight平台可得到多种优化方案,工程设计人员可根据具体需求从中选择合适的方案。     

两类RMFC模型的对比研究

目前使用的RMFC模型有两类。一类是取各模块各自的6自由度运动为基本模态,并在运动方程中加入连接器的刚度。另一类是将超大型浮体的各模块和连接器看作为一个整体,计算其固有模态。论文对这两类模型的理论进行介绍,并对应用这两类模型计算得到的连接器载荷进行对比和讨论。     

近海移动式栈桥码头运动性能计算方法

运用有限水深多浮体三维势流理论和谱分析理论，结合实例计算，建立了一种计算近海移动式栈桥码头三维运动响应的方法，该方法将栈桥码头简化为刚性模块柔性连接器模型（RMFC），柔性连接器被假定为线性弹簧。通过将计算结果与实验结果比较，验证了本文提出的计算方法可以用于预报近海移动式栈桥码头在海浪作用下的三维运动响应情况，其计算结果可以作为设计连接器及锚链的依据。     

浅析海工设施悬挑型直升机平台支承端的铰接优化

针对海工设施中广泛使用的悬挑型直升机平台的受力特点,分析了高位铰接优化对避免布置空间不足和缓解局部应力、杆弯曲应力的效果,并基于实践中接触的某直升机平台,使用有限元分析方法进行了对比性核算,验证了铰接优化的可行性。     

海洋平台大型生活区模块吊装方案设计及优化研究

海洋平台大型生活区模块整体吊装是其建造过程中一项先进工艺,如何保证其吊装工艺的安全可靠更是一项关键技术。本文以某海洋平台典型生活区模块为例,对其整体吊装方案进行了详细设计,采用有限元法和结构力学相关理论,结合规范对整体吊装强度进行了分析,发现了吊装过程中结构关键部位的薄弱环节,对其进行了吊装方案优化设计,并对优化后的整体结构再次校核分析,验证了吊装优化方案的可行性与准确性,为海洋工程大型模块吊装方案提供了可行的依据。     

基于优化平台思想的舰船结构优化设计

根据舰船结构优化设计的需求，提出了一种新的优化程序的设计思想——优化平台。所谓优化平台，即将各种优化处理手段编制成为优化软件的公用模块，而任何一种优化模型和优化方法，只需按照规定的接口链接到公用模块上，即可具有系统所提供的各种功能。这一思想将优化系统划分为优化处理系统、优化方法系统、优化模型系统。依据优化平台的理念，编制了多用舰船结构优化系统，并应用该系统进行了某护卫舰的结构优化设计，验证了优化平台思想的先进性和可行性。     

海洋平台大型生活区模块吊装方案的设计及优化

以某海洋平台典型生活区模块为例,对其整体吊装方案进行详细设计,采用有限元法和结构力学相关理论,结合规范对整体吊装强度进行分析,发现吊装过程中结构关键部位的薄弱环节,对其进行了吊装方案优化设计,并对优化后的整体结构再次校核分析,验证吊装优化方案的可行性与准确性,为海洋工程大型模块吊装方案提供可行的依据。     

半潜式钻井平台大型模块坞墩布置方案研究

半潜式钻井平台大型模块入坞后的坞墩布置对总组技术尤为重要。根据大型模块总组技术的特点,制定了大型模块进坞后的坞墩布置方案,并运用有限元的方法对模块的结构强度进行分析,而后对大型模块总组状态制定两种坞墩方案,对比分析两种方案的特点,最终确定大型模块总组时采用的坞墩布置方案。     

基于有限元分析的自升式平台桁架腿选型优化设计

桁架腿作为自升式平台最为常见的桩腿结构型式,其拓扑型式、结构形状和构件尺寸设计对平台结构响应有重要影响。针对这一问题．笔者将有限元分析和数值优化方法有机结合,建立了复杂环境下桁架腿结构的多约束条件的优化模型,应用ANSYS优化模块进行求解。优化过程中,针对两层设计变量耦合困难的问题,分层优化方法。为验证优化模型和方法的可靠性,对某自升式平台桁架腿进行了选型优化设计。优化结果表明,本文采用的优化模型和方法简单实用,优化效果显著,为自升式平台桁架腿的概念设计提供了一种有效工具。