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。     

浮式平台干拖式运输特性的数值模拟研究

文章针对浮式平台的海上干拖式运输方案进行波浪中的运动响应及加速度分析,基于势流理论对浮式平台干拖式运输方案进行了数值分析,针对不同的海况,研究了干拖式运输状态下的运动响应规律,并针对运输绑扎固定系统的特性开展了研究,可为平台与运输船之间的绑扎设计提供依据,为实际工程中运输方案的设计与优化提供分析基础。     

海洋工程数值水池基准模型水动力特性数值模拟研究

我国正自开展数值水池自主研发研究,需要确定一代表性平台模型作为基准检验试验及数值模拟研究对象.本文针对设计的半潜平台基准检验模型建立了数值模型,进行了作业、生存和拖航三种典型工况下的水动力特性预报,获得了平台水动力系数、波浪中运动响应传递函数、关键点加速度传递函数等.将运动响应计算结果与现有第六代半潜平台的运动响应数值模拟结果进行了对比,趋势一致,验证了该模型作为基准模型具有一定的合理性和先进性.     

预报超大型浮体水弹性响应的模态函数展开方法和特征函数展开方法比较

超大型海洋浮式结构物对于开发海洋资源和利用海洋空间有着很大的实用价值，目前国际海洋工程界已掀起了研究超大型浮式结构物的热潮。如何计算浮体结构在波浪中的水弹性响应是设计过程中的一个非常重要的技术问题。Wu，C．，Watanabe，E．and Utsunomiya，T．(1995)提出了利用平板模态函数展开方法预报超大型浮体的水弹性响应；Kim，J．w．and Ertekin，R．C．(1998)提出利用特征函数展开方法预报超大型浮体的水弹性响应。本文对这两种方法进行了系统的比较，分别根据这两种方法计算了浮体结构的挠曲变形及弯矩、剪力的分布，并辐讨了不同参数对于水弹性响应的影响。     

波浪中受侧壁影响的船舶航行水动力性能研究

在海洋平台附近,工作船的水动力性能会受结构物侧壁的影响而下降。基于Rankine源常值面元法,建立考虑岸壁和波浪作用的船舶水动力数值模型并在时域上求解。选取经典Wigley III船模计算各波长下的水动力和运动响应幅值,并将模拟结果与其他方法的计算结果对比,验证了数值研究方法的合理性和可靠性。通过参数的敏感性分析,揭示航速、波浪特征和侧壁对船模运动响应的影响,为船舶在复杂海域中的水动力响应实时预报服务。     

超大型FPSO原油质量分布模拟与水弹性响应研究

FPSO在近海油气田开发中得到了越来越广泛的应用.大多数在渤海海域服役的FPSO工作在浅水海域.主尺度大与水深吃水小,直接导致FPSO水动力特性与深水条件下船舶的水动力特性有较大区别,因此采用水弹性理论研究超大型FPSO在浅水中的运动与波浪诱导载荷响应具有重要意义.浅水超大型FPSO满载时原油重量将近占载重量的80%,因此如何正确模拟原油重量分布对干结构的固有频率、广义质量和振型的计算非常重要.本文建立了基于三维水弹性理论的数值模型,开发了有限水深复合格林函数的数值计算程序模块,对一艘300K DWT FPSO在特定水深海况下的运动与波浪载荷响应进行了研究;同时采用三种方法模拟了原油质量分布.计算结果表明,不同的原油质量分布模拟方法对水弹性计算分析影响很大.     

浅吃水半潜驳在浅水域运输沉管的运动响应分析

针对湾区浅水域浅吃水半潜驳运输海底沉管管节的方案,借助水动力势流理论,探讨浅吃水半潜驳在浅水域驳运沉管管节的运动响应。基于水动力势流软件AQWA,建立浅吃水半潜驳和钢筋混凝土沉管管节的水动力模型,将驳运航道的长距离拖航工艺参数和风浪流等海洋环境参数作为输入条件,分析浅吃水半潜驳和沉管管节整体系统的各自由度固有周期和不同风浪流组合下的六自由度运动响应的幅值和加速度。研究成果中各自由度的固有周期可为驳运窗口期提供参考,运动响应幅值可为钢筋混凝土沉管管节的运输质量的控制提供决策支持和预警,运动加速度可为驳运沉管管节封仓加固和支墩系统的设计提供依据。     

船舶碰撞载荷对移动海上基地连接器载荷的影响

移动海上基地属于超大型浮式结构物,在营运过程中会遇到飞机坠落,船舶碰撞等事故情况。事故载荷不仅会对超大型浮式结构物的局部结构产生破坏作用,而且会对超大型浮式结构物的薄弱环节——连接器产生附加载荷。以船舶碰撞为例,采用简化的RMFC模型,然后通过SESAM软件计算水动力系数,将其代入多刚体运动微分方程后用数值方法求解,研究特殊载荷对连接器载荷的影响。考虑不同连接器刚度以及不同撞击部位工况,估算碰撞引起的连接器载荷的数量级,并与波浪载荷引起的连接器载荷进行了比较。这为今后移动海上基地连接器设计提供了指导和依据。     

考虑浮体弹性变形的锚泊系统分析方法

传统的锚泊系统分析方法一般是假设结构物为刚性不可变形的,这种假设对于常规海洋结构物的锚泊系统分析,其精度是可以接受的,然而对于弹性体(比如超大型浮体)来说,这种浮体刚性的假设显然是不合理的.本文基于摄动理论,分别给出了锚泊浮体(同时包括弹性体和刚性体)和锚泊系统的一阶运动方程.分别用三维水弹性理论和Goodman-Iance法求解浮体的动力响应和锚泊线的运动,并给出了两者之间的协调关系.通过数值算例分析表明,对于超大型浮体,其弹性特性对锚泊系统特性的影响是不可忽略的.     

冰区核电平台系泊设计及影响研究

本文根据冰区浮式核电平台的主要功能及外部环境条件,确定平台的基本形式,并在此基础上进行了系泊系统的优化设计.与以往研究不同的是,考虑到冰区海洋的特殊性,除计算风、浪、流作用情况外,还运用Sdem软件构造了海冰离散单元模型,对海冰与海洋系泊结构物的相互作用过程进行了数值模拟.在此基础上,结合系泊分析软件ANSYS-AQWA的二次开发功能,对平台运动及其系泊系统进行了时域耦合分析,研究了平台在不同环境载荷作用下的运动响应;进行了系泊参数研究,分析一般规律,最终提出了一种满足规范要求且性能优良的系泊方案.研究结果表明:本文提出的冰区核电平台系泊系统可抵抗恶劣的环境影响;通过合理选择系泊缆数量、夹角、预张力大小及顶端倾角等系泊参数,可减小平台运动响应.     

二维浮式结构物与完全非线性波相互作用数值分析

基于粘流理论、流固耦合理论和自由液面追踪技术——VOF(Volume of Fluid)法,以不可压缩流体的连续方程和N-S方程及结构动力学方程为基本控制方程,利用商用软件ANSYS Workbench的二次开发功能,建立了粘性数值波浪水池,数值模拟了完全非线性波的生成,计算分析了二维浮式结构物遭遇波浪的完全非线性现象,得到了甲板上浪水位高度和结构物的纵摇、垂荡、横摇等运动响应。结果表明:文中的方法可以用于波浪与浮式结构物相互作用的完全非线性数值模拟.     

半潜船运输工程船舶的海运绑扎分析

使用半潜船干拖运输既能降低海上风险又能减少运输成本,同时还能缩短运输的时间避免影响工期。本文根据海运环境参数及海运加速度值,针对"振华15号"孟加拉国工程船运输项目,对其中的1条打桩船做海运绑扎分析并根据分析得出结果设计合理的绑扎方案,确保货物的运输安全。     

预报超大型浮式结构物水弹性响应方法的比较

超大型海洋浮式结构物(VLFS)在利用海洋空间和开发海洋资源方面有着很大的实用价值.但如何精确有效地计算和预报其在波浪中的水弹性响应是设计过程中的一个非常重要的技术问题.目前,很多学者提出了不同的简化方法来预报VLFS的水弹性响应.文章全面地介绍了关于计算VLFS水弹性响应的解析方法和数值方法的研究现状,并将相应的数值结果与已有的试验数据相比较,进行了分析讨论.     

荔湾3-1导管架平台运输工况运动响应监测分析

文中完成了对荔湾3-1导管架海洋平台运输工况下的运动响应监测分析,现场监测克服了计算模拟时的物理模型的边界条件假设影响和水池试验的缩尺比的影响,可以得出真实的运动响应相关参数,并且可以随时发现拖航过程中出现的运动情况,及时与拖带拖轮沟通,避免出现运动峰峰值超过上限值的危险工况;并且测量的结果也验证了模型试验和理论计算的结果,为今后大型导管架平台结构拖航的设计和施工提供了技术支持.     

超大型浮体单模块在浅水斜底系泊下的动态响应

岛礁附近的海域通常水深极浅且海底为斜坡,在这类海域中,浮式结构物对环境载荷的动态响应与其在深水中的表现会有较大差别。本文研究超大型浮体的单模块在浅水斜底海域中对风浪载荷的动态响应,分别通过Orca Flex数值计算和模型试验得到了单模块横荡和横摇运动的时历及统计数据以及锚链张力的统计结果。结果显示定常风对单模块运动的稳定性以及锚链的最大张力影响较小,而波浪载荷对单模块运动及锚链最大张力都有显著的影响。     

随机横浪中船舶倾覆过程模拟与安全域计算

研讨了随机海浪中船舶非线性随机横摇运动倾覆过程和安全域问题.考虑非线性阻尼、非线性复原力矩和随机波浪,建立了随机横浪中船舶运动的随机非线性微分方程.考虑两参数海浪谱和不同的有义波高,计算随机波浪力矩,采用简谐加速度数值计算方法求解随机微分方程,进行了随机倾覆过程的数值模拟.考虑船舶运动的瞬时状态,发展了胞映射方法计算随机非线性横摇运动安全域的方法,并编制了计算机程序.模拟了一条渔船不同有义波高作用下横摇倾覆过程,考虑不同的初始条件及随机波浪参数,在初始值平面上采用胞映射法构造了渔船航行的安全域.波高较小时,安全域是一个连续的区域;随着有义波高增大,安全域面积减小并且不再连续,倾覆域和安全域相互包围.计算结果表明,船舶运动的瞬时状态对安全域具有重要影响,而且随机海浪中安全域具有随机特性.     

群性波列作用下系泊船舶的水动力响应数值模拟

该文根据随机波群的模拟方法,模拟得到具有同一有效波高,有效周期但不同群性的随机波列,研究了不同群高参数GFH和群长参数GLF的波列作用下系泊船的运动响应及缆绳张力。数值计算结果表明,系泊船横移运动量和缆绳张力呈现随波浪群高的增大而增大的趋势,升沉运动量也略有增加,而波浪群长的变化对系泊船的运动响应及缆绳张力基本没有影响。     

基于环向裂纹法的冰激载荷船舶运动响应研究

为保证船舶在冰区安全航行和船上机械设备安全，需要考虑冰激载荷特性引起的船舶运动响应问题。论文以一艘极地运输船作为研究对象，采用基于半经验公式的数值方法模拟连续破冰情况下船舶所承受的冰载荷，求解冰区船舶在平整冰区域直航过程中由冰载荷冲击引起的运动响应，计算分析横荡、纵荡和垂荡3自由度冲击加速度，同时基于中国船级社规范，选取PC3冰级，计算规范要求的冲击加速度，将两者计算结果进行对比，揭示了在不同冰厚、弯曲强度和船-冰摩擦系数下加速度的变化趋势。此数值模拟方法对冰区船舶设计与冰区航行具有一定的指导意义。     

二维驳船结构在规则波作用下的高频共振响应研究

基于势流理论建立二维完全非线性数值波浪水槽模型,利用该模型对二维驳船结构在非线性规则波作用下的高频共振响应进行了研究.采用高阶边界元方法解决边界值问题,应用混合欧拉-拉格朗日方法和四阶龙格库塔法模拟结构物与波浪的相互作用,引入虚拟函数法耦合求解波浪载荷与物体运动.计算了浮动驳船结构在规则波作用下的运动,并将数值结果与实验值进行了对比验证.当入射波浪的3倍频等于物体横摇方向固有频率时,物体横摇运动发生的高频共振现象,并分析了其影响因素.基于完全非线性数值波浪水槽模型探究了高频共振响应现象的发生机理,为今后海洋工程结构物的高频共振响应问题做有益探索.     

相邻大型浮式箱形结构物运动响应的数值模拟

应用模态分析方法[1]数值模拟了两个相邻大型浮式箱形结构物在波浪上的水弹性运动响应.在数值模拟时,把结构物近似为弹性体.考虑到吃水相对比较小,计算时作为零吃水处理.文中的两个结构:一个是300米长、60米宽的矩形结构物,另一个则是由三个同样大小的矩形结构拼接而成的L形结构物.计算结果表明:如果把较小的矩形结构物放置在较大的L形结构物的下游,两个结构物相邻自由边之间的相对运动幅值远远小于放置在迎浪一侧时的幅值.