悬链浮筒式多点系泊锚链受力计算

悬链浮筒式多点系泊（MBM）是大型油船外海停泊时经常采用的一种离岸系泊方式,但国内尚无实际应用。针对MBM系统中的主要结构部件锚链进行受力分析,通过采用悬链线方程,对自由或约束状况下单条锚链和复合锚链的受力进行理论分析和计算,总结出一套锚链受力的系统分析方法,并对中东某MBM工程进行案例计算。结果表明,提出的理论公式和设计方法可为MBM的锚链设计提供借鉴。     

悬链线构件的有限元方法

悬链线构件在船舶与海洋工程中是广泛存在的一种结构,无论是船舶码头旁靠、锚泊定位中的系泊线,还是各种系泊结构物中各种深海悬链线结构(如深海柔性立管、深海锚泊系统、复合材料悬链线立管等)的系泊力响应,对整个结构物都显得非常重要。其中,由于悬链线构件具有很强的几何非线性,其受力分析的精度对其运动响应的分析尤为重要。根据悬链线构件静力分析,得到悬链线单元的柔度矩阵,从而进一步推导出悬链线单元的刚度矩阵和单元节点力向量,最后以商业有限元软件ABAQUS的用户自定义单元(UEL)为工具,开发出悬链线单元。结果显示:运用此单元得到的简单悬链线结构的数值解与解析解完全一致,同时也基本符合实验结果,为解决各种复杂悬链线构件问题的直接计算法提供了一种新的思路。

     

悬链浮筒式多点系泊设计

悬链浮筒式多点系泊(MBM)是油船常见的一种离岸系泊方式。针对浮筒式多点系泊设计的适用规范、平面布置、波浪荷载、系缆分析等基本设计问题进行论述,采用国内外规范对比研究、OPTIMOOR软件模拟、工程项目案例研究等方法,给出MBM系泊设计的平面基本布局、船舶荷载计算方法、系缆分析方法。结果表明,利用OPTIMOOR作为动态模拟分析软件,采用频域分析的方法可以有效地对浮筒式多点系泊设计进行设计与优化。     

基于悬链线方程的海上横向补给高架索系统静力学分析

基于悬链线方程,建立考虑高架索长度和自重变化的海上横向补给高架索线形分析静力学模型,探讨高架索单位长度质量和张力大小等参数对高架索线形的影响,研究发现当高架索水平张力与补给品重量比值大于4时,高架索挠度很小,可以安全输运补给品。     

多浮筒悬链线系泊系统计算软件的开发及试验

构建多浮筒悬链线静力学模型,在此基础上进行系泊线姿态计算软件开发。应用均匀弦横向运动模型推导出悬链线方程,对多浮筒悬链线非线性方程组进行迭代计算,获得多浮筒悬链线系泊缆索姿态参数,并试验验证算法的正确性。研究表明:开发的多浮筒悬链线系泊系统计算软件在水平系泊力、系泊缆索参数、海底系锚泊位置、悬跨长度和浮筒规格一定时,能够准确输出系泊系统的真实形状,并准确判断浮筒在水中的位置,满足安装工程施工需求。研究结果可为多浮筒悬链线系泊系统动力分析提供参考。     

深海浮式平台系泊索分析方法研究

探索深海浮式平台系泊索的非线性有限元分析方法,以极端海况下的某型深海半潜式平台系泊索为例,研究采用ＡＢＡＱＵＳ软件进行系泊索非线性分析的建模方法、分析步骤,并利用专业海洋工程软件ＨＡＲＰ验证了该方法的可行性。在此基础上,分析了海底与系泊索触底段的相互作用对系泊索顶端张力的影响。     

SPAR平台系泊系统模态分析

考虑深水系缆的拉伸和弯曲变形,取正交坐标和切向量描述任意结点的6个广义位移,计及缆变形的几何非线性和水动力影响,基于细长杆理论推导缆索的单元刚度矩阵,得到12×12的非线性单元刚度矩阵,实现了单元与有限元软件的调用对接.针对水深318m的Spar平台,四根缆定位,计算了前12阶固有频率和模态.计算结果表明,上述单元刚度矩阵能够反映深海系泊缆的力学特性,得到的频率和模态特性基本合理.     

Spar型海上浮式风机系泊系统的动力学分析

以美国某可再生能源所的海上5MW风机为模型,综合风机塔柱的特点,利用Orca Flex建立了一种Spar型海上风机简化模型。通过对风机平台的不同风速工况环境载荷的计算,实现了对该风机系泊系统的水动力学分析,对比并分析了不同工况下风机锚泊系统系泊张力的变化。结合改变锚链上不同导缆孔的位置和布置形式,为海上风机浮式基础系泊系统的设计及优化提供依据。     

系泊索属性对开敞式码头船舶系泊安全的影响分析

结合某工程实例,运用OPTIMOOR系泊分析软件,研究系泊索属性对开敞式码头船舶系泊安全的影响。以减少环境荷载作用下船舶运动量、均衡缆绳张力和减少断缆危险为目标,通过调节缆绳材质、直径,考虑导缆孔到绞盘的距离,增加预张力及缆尾索等方法,以期达到提高开敞式码头船舶系泊安全性的效果,此成果可为码头设计及港口管理人员提供参考。     

悬链线方程的求解及其应用

本文结合实例介绍了悬链线方程的求解方法及其在船舶设计中的应用.     

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。     

基于弹性悬链线理论的斜坡式码头趸船系留设施受力计算方法

随着三峡枢纽的建成运行,重庆地区码头作业水文条件的改变以及船舶的大型化对斜坡式码头趸船系留设施提出了更高的要求。为确保港口安全生产,消除趸船现有系留设施存在的安全隐患,提出了一种考虑锚链和缆绳的弹性、悬链线的几何特征以及躺底段和贴岸段影响的多根不同方向锚链和缆绳共同作用的斜坡式码头趸船系留设施受力计算方法。结合工程实例,运用Matlab编程计算,计算结果符合经验规律,并与Optimoor软件计算结果吻合,验证了该方法的实用性和可靠性。     

深水悬链锚泊线疲劳性能评估

以某座Spar平台的单根锚泊线为对象进行疲劳性能研究,采用钢链-钢索-钢链三段组成的悬链式锚泊线.基于非线性有限元方法计算锚泊线的动力响应.选取锚泊线上端钢链与上部结构、钢索与钢链的链接点,采用雨流计数法对其应力时程曲线计数得到各短期海况下的疲劳荷载谱.根据Miner线性累计损伤理论,分别得到三个危险链接点在长期海况下的疲劳损伤,对锚泊线的疲劳性能进行评估.     

深海悬链线输油立管涡激疲劳计算分析

钢质悬链线式立管的涡激疲劳损伤是影响其寿命的主要因素之一.文中将悬链线立管简化为忽略剪切力的索模型,对悬链线立管进行模态分析,考虑流体附加质量的影响,得到其在海水下的频率和振型.根据斯托劳哈尔关系和外部流速大小的范围确定潜在的激励模态范围,并通过计算潜在模态的能量确定主要激励模态.根据能量平衡,求出升力系数和阻尼系数,从而计算出立管各阶模态下的模态力和模态阻尼.再利用模态叠加法对悬链线立管进行动力响应分析.并以2 300 m Spar平台的悬链线输油立管为例,计算了其在北海某流速作用下的疲劳损伤,所得结论对工程应用有一定的借鉴意义.     

平台运动下悬链线立管涡激振动响应特性分析

悬链线立管会在半潜平台运动带动下出现涡激振动现象,对立管疲劳寿命造成影响.借助海工结构物动力分析软件Orcaflex建立立管模型,使用Iwan-Blevins尾流振子模型进行数值模拟.通过与试验结果对比验证了该方法的可行性.同时建立实尺度悬链线立管模型,并考虑背景海流的影响,分析平台垂荡、纵荡运动下的立管涡激振动响应和疲劳损伤.研究表明,平台运动产生的非定常流场将引起悬链线立管发生涡激振动现象,并在背景洋流激励的基础上增大疲劳损伤,在立管结构实际工程设计时应予以关注.     

钢悬链线的涡激振动分析

文章介绍了立管在不同流剖面下的涡激振动实验,然后给出了简支钢悬链线的静态方程和基于能量平衡原理的涡激振动频域预报理论.之后提出把钢悬链的参数转化为顶部张紧钻井隔水管的参数的思想.通过预报顶部张紧钻井隔水管的涡激振动响应,得到钢悬链线的涡激振动响应.文中还研究了不同的顶部预张力和不同流剖面对钢悬链线的涡激振动响应影响.结果表明立管的固有频率和模态数的关系足线性的,并且立管的均方根位移和激励的模态数不仅与流速的大小和变化范围有关,还与顶部预张力有关.     

复合缆索锚泊下的Spar平台动态响应分析

利用复合索链的计算公式,计算不同配置的复合链组成的锚泊系统的变刚度,并将计算结果运用于Spar平台运动方程中刚度矩阵的修正,分析并比较在不同锚泊系统作用下,Spar平台的动态响应行为。通过计算发现:虽然不同配置的复合缆索对平台的动态响应没有多大影响,但是缆索张力的变化确实截然不同。这些在平台锚泊系统的初步设计中必须考虑。     

系泊油轮与海上平台的碰撞力分析

考虑风、浪、流的联合作用以及平台护舷非线性恢复刚度,研究船舶系泊状态与平台的撞击力及其分布规律。针对不同的风、浪、流的作用方向以及不同的风速、波高及流速,计算波浪和海流的载荷,建立系泊船舶的分析模型,采用频域与时域分析方法,进行系泊船舶运动及其与平台之间碰撞力的仿真,得到系泊船舶与平台的碰撞力时间历程,并分析不同碰撞力发生的概率,确定发生最大碰撞力的风、浪、流方向,比较常量护舷刚度与非线性护舷刚度的计算结果。结果表明,橡胶护舷刚度的选取对于碰撞力的计算结果影响显著,选取非线性护舷刚度计算靠泊碰撞力十分必要,用目前的经验公式计算得到的碰撞力偏差较大。