多刚体组合式新型浮式防波堤消波性能数值模拟分析

为提高浮式防波堤的消波性能,在传统方箱型浮式防波堤的基础上,提出了基于多体耦合运动理论的新型浮式防波堤构型。基于有限体积法建立浮式防波堤消波性能数值计算模型,并通过模型试验验证了数值计算方法的准确性。在此基础上,对规则波作用下不同多体耦合的新型浮式防波堤构型进行数值模拟,分析其水动力性能及消波性能。数值结果表明,新型浮式防波堤内部的多体耦合运动加剧了入射波能量的耗散,使得其消波性能比传统方箱型浮式防波堤更加优良,新型浮式防波堤的横荡、横摇和垂荡幅值也小于方箱型浮式防波堤,同时得到了多刚体铰接组合式防波堤中铰接刚体数量对其消波性能的变化规律,为浮式防波堤设计及工程应用提供技术支撑。     

浮式方箱防波堤的AQWA数值模拟研究

利用AQWA数模软件,针对规则波和不规则波作用时浮式方箱防波堤的透射效果进行研究,试验表明:浮式方箱防波堤的透射系数随水深变化不大,消波效果较好;与传统防波堤相比,浮式方箱防波堤在水深增大后工程造价的增量有限.本研究可为浮式方箱防波堤的设计和应用提供参考.     

弧型布置的浮式防波堤水动力响应分析

非直线型布置的浮式防波堤对多浪向的掩护效果更佳,但其水动力响应相比直线型结构更为复杂,能否满足工程设计要求亟待研究,对此提出浮式防波堤弧型布局设计方案.基于三维势流理论对弧型布置的浮式防波堤的水动力性能进行频域和时域分析,计算得到运动幅值响应算子.在此基础上,考虑环境载荷和系统系泊与防波堤之间的耦合作用,研究其运动响应和系泊缆张力,并将所得结果与直线型布置的浮式防波堤数值计算结果相对比.分析结果表明:直线型布置的浮式防波堤在横浪作用下的横摇响应剧烈,在斜浪作用下存在横倾角;弧型布置的浮式防波堤在横浪和斜浪作用下的运动相对稳定,水动力性能表现更佳.     

基于Orcaflex的浮式防波堤水动力分析

采用凝集质量法对浮式防波堤系泊缆有效张力进行求解,利用大型水动力分析软件Orcaflex建立浮式防波堤模型,求解分析不同波浪方向作用下浮式防波堤整体水动力性能及系泊缆有效张力变化情况,并针对浮式防波堤端侧缆失效后情况进行对比分析,得出在方向为67.5°的波浪作用下横摇运动最为剧烈,且浮式防波堤两端缆绳的张力在两种浪向下均大于两侧缆绳张力等结论。分析结果对浮式防波堤安全建设及使用提供一定理论依据,对浮式防波堤在港口建设中的应用具有较好参考价值。     

多块多刚体铰接式浮式防波堤消波特性数值模拟

为研究浮式防波堤的消波机理,在方箱型浮式防波堤的基础上,提出一种多刚体耦合式浮式防波堤设计方法,将方型旋转体与防波堤主体通过旋转关节进行耦合,建立多刚体耦合模型。在此基础上,通过改变方型旋转体模型吃水以下的截面形状,设计出U型体和半椭圆型体浮式防波提铰接模型。基于多体耦合运动理论,采用基于有限体积法理论的STARCCM+软件建立浮式防波堤消波数值模型和计算方法,对3种不同铰接构型的多刚体耦合式浮式防波堤水动力性能及消波性能进行数值分析,研究各构型的消波性能。结果表明：多块多刚体浮式防波堤内部多系统耦合运动加剧了对入射波能量的耗散,有较为出色的消波效果,通过对比3种不同构型的铰接式浮式防波堤,得到了多刚体铰接式浮式防波堤消波性能及水动力响应变化规律。研究结果可为浮式防波堤设计及工程化应用提供技术支撑。     

不规则波对方箱浮式防波堤作用的数值模拟

采用线性波浪叠加法对不规则波进行数值模拟,采用时域边界元法对不规则波作用下的方箱浮式防波堤进行数值模拟。首先验证了不规则波的数值模拟的准确性,进而对不规则波作用下固定方箱浮式防波堤的受力进行数值模拟,并与规则波结果进行比较。结果表明不规则波作用下,单位宽度方箱垂向受力最大值要大于水平受力的最大值;与规则波情况相比,方箱的水平向受力变化幅度减小,垂向受力和横摇力矩则幅值增加。     

多级带孔薄膜浮式防波堤

结合浮式防波堤目前存在的问题及其结构特点,提出了一种新型柔性浮式防波堤结构——多级带孔薄膜浮式防波堤。通过物理模型试验和数值模拟方法对其消波效果和使用性能进行研究,认为这种新型结构消浪功能良好,同时系泊力较小,且施工方便、造价较低,具有较好的应用前景。     

多浮体防波堤水动力性能分析

为给船舶或海洋结构物作业提供更好的海洋环境,本文以一种多浮体方箱型浮式防波堤为例,采用有限元建模,数值分析的方法,分析其在频域内的附加质量的变化特性。在同一工况下,对比分析在单浮体状态和多浮体状态下的附加质量,为多浮体防波堤的进一步研究提供一定的参考。     

基于SPH的浮式防波堤消波效果分析研究

浮式防波堤是一类布置在近海区域或浅水流域的重要海洋工程结构物,主要作用是避免从远海传播的波浪对其附近水域内的船舶或其他浮式结构物的安全作业环境构成威胁,提供一个较为平稳的区域水体环境。文章使用光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法,基于悬链线方程理论,开展浮式防波堤与系泊系统耦合水动力数值分析方法的研究。基于流固耦合理论,编写SPH计算程序,数值求解浮式防波堤在不同波浪载荷下的运动特征,分析影响防波堤消波特性的主要因素。     

浮式防波堤拖航阻力数值模拟与试验

对一种圆筒型的浮式防波堤进行介绍,在此基础上对拖航阻力的数值模拟方法以及模型试验的过程进行阐述。通过数值模拟与模型试验的方法对这种圆筒型浮式防波堤的拖航过程中的拖航阻力进行较为透彻的研究,分别分析这2种方法下圆筒型浮式防波堤随着航速增加拖航阻力的变化情况。为更好地分析2种方法下的拖航阻力情况,圆筒型浮式防波堤在2种方法下的缩尺比例相同。通过对圆筒型浮式防波堤拖航阻力的数值模拟结果与模型试验结果进行对比,可以得出浮式防波堤拖航阻力的数值模拟与模型试验之间的差距,为浮式防波堤实际的拖航工程提供更为可靠的依据,以此来保证拖航过程的经济、安全。     

我国战略石油储备船系泊系统安全性评估

用失效概率来评估系泊系统的安全性,是衡量储油系统是否安全的重要手段之一.本文提出了考虑防波堤遭受破坏状况下计算系泊系统失效的数值模拟方法,用时域系泊模拟法求解储油船运动方程并对系泊系统进行了可靠性分析.模拟结果表明,系泊系统的年可靠性为0.999998.所提出的方法能有效地对超大型浮式储油船系泊系统进行定量的安全评估.     

考虑防波堤失效状况的超大型海洋浮式储油船系泊系统安全性评估

本文首先阐述了建立我国战略石油储备的必要性,选取了超大型浮式储油船作为海上石油储备方式.系泊系统是整个海上储油系统中最重要的设施,对系泊系统的概念、分析、设计和可靠性等作了较详细的描述.用失效概率来评估系泊系统的安全性,是衡量储油系统是否安全的重要手段之一.文中提出了考虑防波堤遭受破坏状况下计算系泊系统失效的数值模拟方法,用时域系泊模拟法求解储油船运动方程并对系泊系统进行了可靠性分析.模拟结果表明,系泊系统的年可靠性为0.999 997.所提出的方法能有效地对超大型浮式储油船系泊系统进行定量的安全评估.     

不同结构形式浮式防波堤湿拖过程中的运动响应研究

浮式防波堤是当前海洋工程装备研发的热点,由于浮式防波堤主尺度大,采用半潜船等工程船运输成本高。本文考虑三种不同类型浮式防波堤采用湿拖方式进行运输,采用AQWA软件,利用数值模拟方法,研究不同海况下浮式防波堤各自由度运动响应。研究发现：圆筒型和板架型浮式防波堤适用于不同海况下湿拖;网笼型浮式防波堤湿拖过程中运动响应幅值较大,建议使用半潜船运输。本文通过探究不同浮式防波堤湿拖过程中的运动响应,可为工程实际中浮式防波堤运输提供一定的借鉴和参考。     

鼎形浮式防波堤消浪性能研究*

为进一步提高矩形浮式防波堤消浪性能,设计一种鼎形浮式防波堤,基于STAR-CCM+软件建立二维数值模型,分析3种潮位下吃水深度、弧墙高度和弧墙角度对该结构消浪性能的影响。研究结果表明：与矩形方箱浮式防波堤相比,鼎形浮式防波堤可有效提升消浪性能;该结构透射系数随着吃水深度、弧墙高度和弧墙角度的增加而减小;反射系数随着吃水深度和弧墙高度的增加而增大,弧墙角度对浮堤的反射系数影响不明显;透射系数随着相对宽度的增加总体呈下降趋势,反射系数随着相对宽度的增加总体呈上升趋势。在研究的波浪要素条件下,当结构参数设置为吃水深度0.2 m、弧墙高度0.05 m、弧墙角度54°时,透射系数、反射系数分别达到0.11、0.61,此时为最优参数设置,浮堤的消浪性能最好。     

浮式防波堤的拖航阻力试验研究

本文对一种圆筒型的浮式防波堤进行了详细的介绍,在此基础上对拖航过程进行了概述。对于本次试验的试验概况以及工况进行了设定,根据要求对试验设备进行了安装和标定。通过模型试验的方法对圆筒型浮式防波堤的拖航过程中的拖航阻力进行了较为透彻的研究,分别分析了两种工况下圆筒型浮式防波堤随着航速增加拖航阻力的变化情况。通过比较可以得出两种工况下浮式防波堤拖航阻力的差距,为浮式防波堤实际的拖航工程提供更为可靠的依据,以此来保证拖航过程的经济、安全。     

不规则波浪作用下带腹板型浮式防波堤的水动力特性研究

本文基于福州港松下港区拟建的浮式防波堤开展研究，建立不规则波浪与带腹板型浮式防波堤相互作用的数值模型，通过开展水槽试验，对该模型进行验证。进而对带腹板型浮式防波堤的水动力特性进行模拟分析，讨论波浪透射系数和锚链拉力的影响因素。结果表明，防波堤的消浪性能随吃水深度、腹板高度和浮箱宽度的增大而提升；在入射波浪有效周期接近纵荡自振周期时，锚链拉力显著增大，在浮式防波堤设计中，应使得结构纵荡自振周期远离设计波浪周期。研究结果可为实际工程设计提供参考。     

双排浮式防波堤透射系数分析

为研究双排浮式防波堤的水动力特性,本文通过数值模拟的研究方法,在AQWA软件中建立了双排浮式防波堤的数值模型,对正向入射波与一个双排浮式防波堤单元的相互作用进行了研究。在模型验证的基础上,分析了不同周期波浪作用下,锚链刚度、后箱吃水等因素对浮堤的透射系数的影响。结果表明:相同波浪下双排浮式防波堤的消浪效果要优于单排浮式防波堤。研究双排浮式防波堤的消浪性能,可以为实际工程提供一定参考价值。     

海上半潜式浮式风机平台系泊系统对比研究

选取5MW-OC4深水半潜式浮式风机平台为参考模型,利用AQWA软件建立半潜式浮式风机平台模型,在频域范围内计算浮式风机平台运动响应,得到平台幅频响应曲线,以验证数值分析的可靠性。选取3种浮式风机平台系泊系统,对比研究系泊系统改变对浮式风机平台运动响应的影响规律,同时分析极端环境条件下单缆失效对浮式平台运动响应及系泊缆张力的影响。计算结果对浮式风机平台系泊系统的优化设计有一定的参考意义。     

翼板浮式防波堤消波性能

随着近年来海岸工程与海上作业对浮式防波堤的需求不断增加,提出了一种带翼板的新型浮式防波堤。基于三维势流理论,对翼板浮式防波堤的消波性能进行了计算分析,并与传统方箱式浮式防波堤进行对比。证明了在较长周期的波浪中,翼板浮式防波堤拥有更好的消波能力。翼板浮式防波堤截面参数对消波性能的影响表明：1）箱体宽度越大、吃水越深,防波堤消波效果越好;翼板长度越长、角度越小,最优消波效果对应的波浪周期越长。2）适当调整截面参数,可以使翼板浮式防波堤适应更多的海浪环境、增加更多的适用场景。     

浮式防波堤结构及其性能数值研究

本文在论述浮式防波堤消浪机理的基础上,将浮式防波堤分为几大类别进行探究,进一步结合浮式防波堤结构形式探讨了浮式防波堤的作用价值,最后对浮式防波提系统试验的性能参数进行深度研究,旨在为我国浮式防波堤结构及其性能价值的充分发挥带来更多参考和启迪。