基于高阶边界元法和波浪交互理论的三维相邻多浮体问题研究

在解决三维相邻多浮体的水动力问题时,正确处理各浮体之间的相互作用是分析计算的关键所在。文章分别运用高阶边界元法和波浪交互理论对一个由箱型浮体组成的三维多浮体问题进行求解,通过对比分析浮体所受波浪力和水下表面压力分布结果,验证两种方法计算结果的精确度,研究该模型的水动力特点;并通过改变各浮体之间的距离,寻求波浪交互理论在求解三维多浮体问题中的适用性,对该方法在浮体间距不满足限制条件时的计算结果进行解释。     

半潜支持平台与FPSO靠泊运动频域水动力性能研究

以北海型和标准型2型深水半潜式支持平台为载体,某32万吨级FPSO为靠泊对象,利用AQWA软件进行频域水动力计算.分别分析2型支持平台与FPSO浮体间的相互作用对支持平台的影响,同时研究不同靠泊方向、间距、靠泊对象吃水变化、浪向角等因素对水动力参数的影响.研究得到频域下的水动力参数变化规律,为支持平台与FPSO的靠泊设...     

半潜式平台并靠水动力载荷特性分析

半潜式支持平台可为生产平台提供生活及工程方面的支持,以提高生产平台的效率。而在靠泊时平台间会产生复杂的水动力干扰,因此很有必要对平台并靠泊时的水动力载荷特性进行分析研究。本文基于三维势流理论,在频域内分别计算平台单体以及两平台并靠的水动力干扰,重点研究了平台间距、浪向以及水动力相互作用对各平台水动力载荷的影响,研究结果对平台的靠泊作业有着指导意义。     

有航速Kramers-Kronig关系及浮体运动的间接时域法

间接时域法在无航速浮体波浪上的运动模拟中得到了广泛应用,但其在有航速问题上的适用性没有得到系统论证。论文基于三维移动脉动源得到的频域水动力系数和拉普拉斯方程的线性特性,给出了考虑了航速效应的时延函数。在此基础上重新推导并数值计算验证了有航速条件下附加质量与阻尼系数之间的KK(Kramers-Kronig)关系,统一了有航速浮体和无航速浮体关于水动力系数相互关系的表达。通过讨论波浪力高频、低频部分渐近值得到波浪力脉冲响应函数,采用间接时域法建立六自由度时域运动方程,计算得到浮体运动时历,RAO与频域结果吻合良好。研究证明了间接时域法在处理有航速浮体运动问题上的可行性及其理论上的统一性,同时发现航速效应项对于时延函数计算和运动计算均有重要影响。     

考虑水动力耦合的并靠双浮体系泊系统动力特性研究

研究并靠系泊双浮体系统耦合动力响应特性.建立了时域动力学模型.基于三维势流理论和时频转换关系计算浮体水动力,编制动力学求解程序,并验证了动力学模型的正确性.分析了耦合水动力对并靠双浮体运动的影响.计算结果表明,水动力耦合对两船运动影响机理复杂.其中,对横摇影响最为显著,横摇极值最大增量大于25％;横荡、垂荡、纵摇受到的...     

深海系泊浮体物面非线性时域耦合动力分析

文章基于三维时域势流理论和弹性细长杆理论,研究并提出了深海系泊浮体物面非线性时域耦合动力分析方法。该方法采用时域物面非线性理论方法在瞬态位置直接时域模拟系泊浮体所需水动力,结合有限元方法计算系泊缆索的动力响应,利用异步耦合方法实现浮体和系泊缆索的时域耦合动力求解。既满足系泊浮体时域水动力耦合,又满足系泊浮体和系泊缆索动力耦合。通过对二阶非线性不规则波作用下深海系泊半潜式平台的时域耦合响应特性进行研究,将不同海况下物面非线性时域耦合静力响应和动力响应与间接时域耦合动力响应的三种方法计算结果进行比较。研究结果表明,系泊缆索动力响应明显,平台瞬态空间位置对垂荡低频运动影响较大,有必要在平台瞬时湿表面采用动力响应方法进行深海系泊浮体时域耦合响应分析。     

系泊浮体在浅水波浪中运动响应的计算研究

对于船舶在浅水中的运动和锚泊系统响应问题,使用时域方法计算一艘起重铺管船在浅水无航速系泊状态下在波浪中的运动响应.基于三维频域势流理论,应用SESAM软件计算浮体在规则波中的频域水动力参数及运动响应.通过频域到时域的转换方法,得到浮体在时域中的水动力系数和不规则波的一阶与二阶波浪力.在时域内计算锚链拉力,再耦合数值求解浮体时域运动方程,得到其在不规则波中的运动时历.最后,采用本方法计算铺管驳船在多点系泊状态下,在浅水波浪中的6个自由度的运动响应和锚缆张力,并将计算结果与模型试验进行比较.分析表明本方法能够提供具有工程精度的船舶运动性能预报.     

三维水弹性分析中不规则频率消除及在船舶上的应用

三维水弹性力学是求解浮体和波浪流固耦合作用的重要方法,在求解时存在不规则频率的问题,这些不规则频率的存在会对高频波激振动响应的判断和二阶波浪力的精确计算产生影响。论文采用在水线面建立网格和扩展边界积分方程的方法来消除不规则频率。通过圆柱形浮体的计算,验证该方法在三维水弹性响应计算中的有效性。在此基础上,将该方法应用于一艘散货船,对比了不规则频率处理前后的水动力系数,并给出了船体的水弹性响应。计算结果表明,将不规则频率消除方法应用于三维水弹性响应的计算,可以获得更好的结果,显著改善不规则频率点处的水弹性响应。     

FPSO串靠外输作业水动力耦合响应分析

FPSO与穿梭油轮串靠外输作业时两船体之间的相互作用较为复杂,基于多体水动力学方法对两浮体的运动响应进行分析.应用水动力学软件ANSYS-AQWA建立耦合响应分析模型,计算单点系泊FPSO与穿梭油轮之间的水动力影响.通过时域分析得到不同风浪流组合工况下系泊锚链与浮体之间系泊大缆的张力变化曲线,分析张力及大缆的变化特性,为串靠外输作业提供参考依据.     

移动式海岸卸载系统三维运动响应研究

移动式海岸卸载系统是一种由多个半潜式浮箱单元拼接而成的连岸型海上装卸装备,由于其可以靠泊各类中小型舰艇和民用船舶,并可拆卸转移,因而具有很高的适用性和灵活性.文章在深入分析国内外海洋多浮体三维运动响应计算方法的基础上,对近海移动式卸载系统进行了建模.并采用多浮体有限水深三维势流理论和谱分析方法对其在海浪作用下的运动性能进行了研究,重点分析工作海况下浪向的改变对卸载系统浮箱单元三维运动响应的影响,并将数值计算结果与实验结果进行了对比分析.研究结果表明,文中所采用的理论计算方法可以用于预报移动式卸载系统的运动性能,其计算结果可以作为设计锚链和模块间连接器的依据以及确定系统工作海域、海况的参考.     

深水SPAR风机系统全耦合动力响应分析研究

文章采用联合开发的计算程序对深水SPAR风机的浮体、锚泊和风机各子系统进行了水—气动力的全耦合数值分析,研究了深水浮式风机系统的动力响应特点。浮体水动力计算采用基于二阶精度的混合波浪模型(Hybrid Wave Model)的MORISON公式,锚泊系统采用细长杆理论通过非线性有限元方法实现,风机系统的空气动力分析采用基于多体气动弹性理论的FAST模块。以浮体控制方程为主体,通过模块间的载荷与位移传递在每个时间步上迭代求解,形成完全耦合的时域分析方法。通过对NREL的5MW SPAR风机系统在随机海况下的水动力响应分析,验证了该方法的有效性,并分析了浮式风机子系统间的混合动力作用。     

基于NURBS的船体与桥墩间水动干扰力及力矩的非定常计算

本文在一些假设下完成了船体与桥墩之间水动干扰力及力矩的数值计算工作，所采用的方法是基于非均匀有理B样条(NURBS)的三维Rankine源边界元法，即将船体、桥墩的几何形状以及流场中待求的物理量分布完全表达成NURBS的形式。给出了船体通过圆柱形桥墩时的水动干扰力及力矩的数值计算结果，并进行了一些分析。     

船行波对双船系靠LNG泊位系泊稳定性的影响

双船系靠LNG泊位对系泊稳定性要求高,而目前尚无船行波对双船系靠泊稳定性影响的定量分析方法。结合工程实例,以Flory-Remery单船系泊船行波荷载计算方法为基础,结合双船系靠泊位的特点予以修正,利用数值分析软件定量分析船行波过程对双船系靠泊位系泊稳定性的动态影响。结果表明,典型系泊条件下,双船系靠泊位系泊倒缆受力及纵移运动量受船行波影响最大,当船行波与系泊船间距50 m时系泊稳定性不满足要求;当船行波与系泊船间距100 m时系泊稳定性满足要求;当船行波与系泊船间距150 m时系泊稳定性基本不受船行波影响。     

大开口船波浪载荷长期预报和弯扭强度整船有限元分析

大开口船全船弯扭联合变形与应力的精确计算，必须在整船结构模型上完成。本文以一艘5万吨级大开口船为例，用三维流体动力计算程序进行了波浪随机载荷的长期预报，并在此基础上导出设计波参数组，进而在全船整体结构有限元模型上计算了船体结构在各设计波上的应力分布，并采用嵌入精细舱口角区有限元网络的方法，在整船分析的同时计算出舱口角的应力集中值，获得了船体结构强度的详尽信息。文中阐述了波浪载荷的特点，设计波的确定，浮体完整结构计算的惯性平衡及大开口船的全船计算方法。     

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.     

一种组合系泊系统及其系泊特性影响研究

为了在较低的成本下更大程度地减小浮体的运动,文章提出了一种组合系泊系统的概念,并基于三维势流理论,当系泊形式为锚链、重块、弹性索以及它们之间的组合时,运用AQWA软件计算了系泊浮体在不规则波中的运动响应。在几种不同的工况下,通过比较浮体的响应和锚线张力,发现有弹性索时浮体运动和张力明显减小,当弹性索长度增加时,运动和张力减小得更多。当弹性索长度一定时,位置的变化对浮体运动和锚链张力响应不大。带沉子时浮体运动减小,同时锚链张力增加得也不多,文中的发现在工程使用中具有很重要的参考和借鉴意义。     

Hydrodynamics of a body floating in a two-layer fluid of finite depth. Part 1. Radiation problem

A linearized 2-D radiation problem was considered for a general floating body in a two-layer fluid of finite depth. A boundary integral-equation method was developed for directly computing the velocity potential on the wetted surface of a body which is immersed in both the upper and lower layers as a general case. To do this, appropriate time-harmonic Greens functions were derived, and an efficient numerical method of evaluating those functions is proposed. Based on Greens theorem, hydrodynamic relations such as the energy-conservation principle were derived theoretically for a case of finite depth, and we confirm that those relations are satisfied numerically with very good accuracy. Experiments were also carried out using water and isoparaffin oil as the two fluids and a Lewis-form body. Measured results for the added mass, the damping coefficient, and the amplitude of the generated waves are compared with the computed results, and a favorable agreement is found.     

船舶与浮式码头碰撞过程仿真

基于任意拉格朗日-欧拉法,描述了靠泊船与浮式码头碰撞过程中流固耦合关系。采用耦合法建立了浮式码头与靠泊船碰撞的仿真模型,真实模拟了船舶与浮式码头碰撞的过程,并与试验结果进行对比。由此可知,靠泊船碰撞对于浮式码头的运动响应、连接器所承受载荷、锚缆张力影响较为显著,流体区域也将产生较强的扰动,在实际工程应用中应加以注意。同时,也证明任意拉格朗日-欧拉法在流固耦合的研究领域优势明显。