海洋动态缆缓 S型布置及参数灵敏度分析

文章基于对某浅水缓 S 线型布置的动态脐带缆的研究,确定了线型的主要设计参数为顶部悬挂角,中水浮拱的浮力、水平位置和垂直位置。并借助 Orcflex 软件对动态缆的响应进行非线性时域分析,研究动态缆的初始形状、曲率、张力对不同的线型设计参数的灵敏度,阐述了设计参数变化对脐带缆的力学性能影响的一般规律,为动态脐带缆的线型设计提供参考。     

海底脐带缆铺设系统动力学仿真及张力补偿研究(英文)

For studying the dynamic performance of subsea umbilical cable laying system and achieving the goal of cable tension and laying speed control,the rigid finite element method is used to discrete and transform the system into a rigid-flexible coupling multi-body system which consists of rigid elements and spring-damping elements.The mathematical model of subsea umbilical cable laying system kinematic chain is presented with the second order Lagrange equation in the joint coordinate system,and dynamic modeling and simulation is performed with ADAMS.The dynamic analysis is conducted assuming the following three statuses:ideal laying,practical laying under wave disturbance,and practical laying with tension compensation.Results show that motion disturbances of the laying budge under sea waves,especially with heaving and pitching,will cause relatively serious fluctuations in cable tension and laying speed.Tension compensation,i.e.,active back tension torque control can restrict continuous tension increasing or decreasing effectively and rapidly,thus avoiding cable breach or buckling.     

海上横向补给高架索系统动力学响应研究

基于凝集质量法,把高架索系统离散为凝集质量模型,并将缆索间的接触摩擦引入到动态分析中。参考某高架索系统具体参数,结合海上横向补给施工作业的具体过程,通过必要的简化,利用动力学分析软件OrcaFlex建立了海上横向补给高架索系统过程的动力学模型,得到了高架索系统张力及接触力随时间的变化情况等。计算结果对研究海上横向补给有一定的指导意义。     

FPSO外输系统动力响应及风险分析

采用水动力分析软件AQWA对由软钢臂式单点系泊FPSO和油轮组成的串靠外输系统的动力响应和安全性进行研究。基于多体方法,建立串靠外输系统的有限元模型,计算4种拖轮拉力和24种作业海况下外输系统的连接大缆张力、两浮体相对艏向角及间距的时间历程,并分析波高、流速、风速、风浪流夹角、连接大缆长度等因素对系统动力响应的影响及动力响应特性。此外,还开展了串靠外输系统的风险分析,计算不同海况下连接大缆失效、船体碰撞和过分相对艏向运动的发生概率。研究结果对串靠外输系统的设计和外输作业具有一定的指导意义。     

Prediction of design loads for deep water subsea lifting operations based on non-stationary time response

Two methodologies for the prediction of the design loads of deep water subsea lifting operations crossing resonance zones are presented. These methodologies are applicable to models that consider the influence of the payout speed on the dynamics of the operation, leading to a non-stationary time series for the dynamic forces on the system. The first model is based on running several random simulations of the same scenario and using these simulations as a sample in which statistical parameters are inferred. The second model uses a weighted least squares approach to predict a normalizing function that is used to evaluate the statistical parameters of the response. Both models are tested by considering the installation of a typical manifold in the Pre-Salt fields, in Brazil, and are able to predict the general form of the envelope of forces on the cable for various sea states and payout speeds. The models also provided similar results for the availability of the vessel after evaluating the weather window for this operation. Finally, the advantages of using the weighted least squares approach in comparison to the direct method are discussed, since it may considerably reduce the total number of simulations required to perform a real operation assessment, especially during preliminary design phases.     

深海系缆动张力的超谐动力响应

文章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,考虑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,引入单元内张力一致假设,推导出12×12的非线性刚度矩阵,并与有限元软件对接。针对1800m水深平台的系缆,考虑系缆端点垂荡运动,以及端点垂荡、横荡和海流作用两种状态下系泊系统的动力响应。计算结果表明,端点运动和海流作用,引起系缆系统的二倍超谐动力响应,并且随着流速增大,系缆超谐动力响应增大,系缆的超谐动张力分量对于缆索疲劳累积损伤具有重要影响,在系缆疲劳分析时应该予以考虑。     

波流联合作用下多分枝拖曳线列阵回转过程的动力学分析

参考某海洋地震多分枝拖曳线列阵具体参数和该拖船的海浪响应幅值算子(RAO),结合该船工作时的具体过程,利用大型水动力分析软件Orca Flex建立了多分枝线列阵回转过程时的动力学分析简化模型,实现了对多分枝拖曳线列阵在回转过程中的动力学分析,得到了波流联合作用下,各个拖缆的张力和曲率沿缆长方向的变化规律及各个缆索拖曳点End A和拖曳缆索拖曳尾端End B的张力值在时域上的变化图像。结合计算结果,给出了多分枝拖曳线列阵在回转过程中的优化设计方案。     

应用高模量合成纤维缆的深海调查绞车系统设计研究

随着海洋调查的发展,研究人员往往希望在更深的地方执行更为复杂的调查任务,这对调查仪器及其布放绞车提出了更高的要求。由于调查深度的增加,传统的钢缆因自重大已经不适用,深水调查中越来越多的采用高模量合成纤维缆。本文从深海缆绳的使用特点着手,针对高模量合成纤维缆绳的特性,研究缆绳对深海调查绞车系统设计的影响,可为应用高模量合成纤维缆的深海调查绞车系统设计提供参考。     

深海工程船锚泊仿真系统研究

为了实现工程船定位和控位快速模拟仿真,本文以45000DWT海洋工程船为例,采用均匀设计试验方法,确定深海船舶工作不同的工况组合,基于Ansys-Aqwa软件对工程船深海锚泊动态响应进行仿真分析,对仿真结果进行回归处理,得到船舶位移和锚索张力与锚索长度、风浪流环境载荷变化的数学响应模型,再对位移数学响应模型进行求反函数处理,获取船舶控位调整锚索长度的方法,为深海锚泊软件仿真系统提供模型支撑。     

影响矩阵法在施桥大桥吊杆二次调索中的应用

在系杆拱桥施工过程中,为增大结构的安全储备并保证主梁受力安全,通常对吊杆采用两次张拉,最终达到设计成桥索力,由此提出二次调索施调索力、顺序的计算问题。以影响矩阵理论为基础,建立了二次调索最优控制的数学模型,采用惩罚函数法求解,该方法计算精确、简便、实用,也可用于成桥后索力的误差调整。     

畸形波作用下半潜式平台的极限生存能力评估

极限海浪可能对海洋平台的安全造成极大的威胁,故合理地评估平台在此海况下的运动响应和系泊缆索的动张力响应对平台设计具有重要意义。文章首先利用新波理论和随机海浪理论建立了畸形波入射波模型。然后利用间接时域方法和非线性有限元法分别建立了平台主体运动和系泊缆索动力响应的求解方程,并根据导缆孔的平衡方程建立了平台主体和系泊缆索的时域耦合运动方程。最后深入分析了某半潜平台在畸形波作用下的运动响应和系泊缆索的动张力响应,对平台的极限生存能力进行了评估。     

基于神经网络的围网渔船横摇运动研究

为了快速预报一艘65 m的围网渔船在任意载况规则波中横摇运动频率响应函数及不规则波中各海况下的横摇角有义值,应用神经网络的原理和算法,以该船7种实际航运载况的耐波性计算数据为训练样本,建立满足精度要求的围网渔船横摇运动神经网络预估模型。并分析吃水、重心高度、航速和浪向对横摇运动的影响。该模型可应用于风浪中船舶航行安全性评估。     

港口集装箱吞吐量的灰色神经网络预测模型研究

为了降低港口集装箱吞吐量的预测误差,提高预测精度,文章通过分析传统的灰色预测模型和 BP 神经网络预测模型的优缺点,构建了灰色神经网络港口集装箱吞吐量预测模型,该模型充分发挥了灰色模型所需初始数据少和 BP 神经网络非线性拟合能力强的特点。以实际数值作为初始数据,各种灰色模型的预测值为神经网络的输入值,神经网络的输出值为组合预测结果。通过实例分析,结果表明：灰色神经网络预测模型提高了预测精度,预测结果比较理想,优于单一预测模型,因此,该模型用于港口集装箱吞吐量预测是可行的、有效的。     

深海张力腿非线性动力学分析

深海复杂载荷易引发张力腿涡激振动。考虑涡激载荷、流体阻尼力、预张力和平台运动等耦合作用,根据Hamilton原理建立张力腿空间非线性动力学方程,然后采用有限差分法进行数值求解。考虑南海海况,讨论典型张力腿平台动力响应特点,通过研究可为深海平台的设计和安全运行提供技术参考。     

波流联合作用下双船吊装系统的建模与仿真

参考国内外相关文献,结合双船起吊具体施工过程和力学特性,建立双船吊装系统模型。利用大型水动力分析软件OrcaFlex对双船吊装系统的运动响应进行时域求解,分析波流方向、波高、吊放速度以及吊缆拉伸刚度等因素对吊缆张力和吊物运动的影响。分析结果可作为双船吊装系统吊装作业安全性评估的理论依据,对双船吊装系统在海洋工程中的应用具有一定的参考价值。     

深海工程船锚泊仿真系统

为实现工程船定位和控位快速模拟仿真,以45000载重吨海洋工程船为例,采用均匀设计试验方法,确定深海船舶工作的不同工况组合,基于Ansys-Aqwa软件对该船的深海锚泊动态响应进行仿真分析。对仿真结果进行回归分析处理,得到船舶位移和锚索张力与锚索长度和环境载荷(风、浪、流)之间的数学响应模型。对位移数学响应模型进行求反函数处理,获取船舶控位调整锚索长度的方法,为深海锚泊软件仿真系统提供模型支撑。     

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。     

基于LSTM的舰船运动姿态短期预测

舰船的六自由度运动状态形成复杂的非线性过程,运动姿态会受到耦合作用、不定周期、噪声信号以及混沌特性等因素的干扰,因此很难得到精确的预测结果.为了提升舰船运动姿态的预测精度,利用舰船时间序列的特点,建立了基于长短期记忆单元(LSTM)模型,对其进行了舰船姿态预测仿真,将结果与时间序列分析法的结果进行对比.实例分析表明:基于LSTM模型的预测方法具有精确度高、易实现的特点.这为舰船运动短期预测提供了一个新的思路和方法.     

基于半数值方法的脐带缆拉弯能力曲线分析研究

水下生产系统脐带缆连接于水上主控站与海底管汇控制执行器之间,在安装和在位运行时脐带缆的受力情况复杂,其中工作内压下拉伸与弯曲组合形式的荷载是脐带缆承受的最显著工况之一,因此分析缆体截面拉-弯性能曲线有着重要的工程指导意义。文章首先采用理论公式对脐带缆内部关键构件钢管进行拉伸和弯曲荷载下受力分析并得到应力应变响应;同时构建脐带缆二维精细数值模型,考虑构件之间的相互作用与摩擦,分析径向外压与工作内压共同作用下缆体截面应力分布情况。通过提取钢管上热点应力并与理论结果相结合得到相应的拉—弯能力曲线。其结果同传统理论方法比较更加保守可信,可确保脐带缆在安装和在位工作时的安全运行。同时,为海洋工程管缆结构抗荷载能力设计提供一条可行途径。     

面向协同设计的船舶电缆智能化布置软件开发与应用

结合船厂电缆设计业务流程,以船舶电缆布置为研究对象,提出在SPD设计系统平台上开发船舶电缆智能化布置软件,分析电缆布置软件的架构和功能模块,研究电缆路径智能化生成的关键技术,建立船舶电缆智能化布置的数学模型及求解方法,并完成船舶电缆智能化布置软件的开发工作。以公司14500TEU集装箱船的机舱区域电缆智能化布置为例进行验证,验证结果表明,该软件平台能够实现船舶电缆智能化布置的工程化应用,使电缆设计过程中数据更加透明、管理更加方便,提高了电缆设计的效率。