超大型结构物干拖运输特性数值模拟

为了减小超大型结构物在干拖运输过程中所受的加速度,提出利用波浪势流理论及运动响应控制条件的数值模拟方法,以迄今为止世界规模最大半潜式"海上渔场"从中国青岛干拖运输至挪威为例,研究海况、航行吃水及系统重心高度等不同参数下,半潜船的运动响应和超大型结构物的加速度,获得不同参数的影响规律。结果表明,数值模拟结果与工程实际数据吻合较好,验证了该方法的有效性,可为类似减小加速度的干拖运输分析提供参考。     

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。     

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。     

不同锚泊方式下浮式防波堤砰击载荷及其运动响应研究

海上结构物在服役期间会遭受各种恶劣海况,浮式防波堤作为平台等结构物的掩体在波浪作用下产生上下浮动或者前后摆动,通过波浪的反射和耗散,扰乱水质点运动,最终实现消波减能,保护结构物的安全。在防浪消波的过程中,浮式防波堤受到显著的波浪砰击,其自身安全受到威胁,因此,准确预报其砰击载荷至关重要。本文运用CFD方法,基于STAR-CCM+软件,分别以锚链锚泊式浮式防波堤和垂直导桩锚泊式浮式防波堤作为研究对象,分析规则波作用下,浮式防波堤的砰击载荷及其运动响应,并进行对比分析。结果表明,2种锚泊方式下,浮式防波堤所受到的砰击载荷主要集中在迎浪面,均随波高的增大而增大,随周期的增大而减小,相同工况下,锚链锚泊式浮式防波堤所受砰击载荷较大。     

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.     

叠船运输方式下的半潜船耐波性分析

以叠船运输方式下的半潜船为研究对象,采用CATIA软件进行三维建模。基于AQWA软件计算在规则波中不同浪向、不同航速和不同吃水下的响应幅值算子(Response Amplitude Operator, RAO),分析在不规则波中不同海况条件下货物绑扎设计关键点的加速度变化,发现浪向、航速和吃水等因素对RAO的影响规律。研究结果可为叠船运输方式下的半潜船安全运输提供运动预报,为货物绑扎设计提供依据。     

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。     

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。     

一种方箱型防波堤概念设计及水动力性能分析

为了防御海浪对港域的侵袭,以维持港内水域的平稳,本文提出方箱型浮式防波堤概念设计方案,重点分析本设计方案下的方箱型浮式防波堤水动力参数,并对其模型进行完全时域耦合分析,研究方箱型浮式防波堤各主要模态运动响应幅值及系泊缆索的顶端张力。通过规范对比分析,确定方箱型浮式防波堤系泊系统设计的合理性,为工程的实际应用提供一定的理论依据。     

一种浮式防波堤的水中翻身方案研究

本文对一种浮筒式防波堤安装过程中的翻身方案进行研究,通过使用Maxsurf软件建模导入Hydromax进行数值模拟计算,来验证优选方案的可行性,再通过制作缩尺模型进行模型实验,将实验结果与数值模拟计算结果进行比较,并针对研究过程中发现的问题提出解决方案,对实际工程应用提出指导性建议。浮式防波堤是用拖航的方式运输至工作海域,为了减小拖航阻力,拖航中防浪网部分会置于水面以上,因此拖船将防波堤拖至工作海域后,在定位锚泊之前,需对防波堤进行翻身。为了控制成本,在安装过程中不考虑使用浮吊等大型起重设备,通过向单个浮筒中注水,使防波堤结构失稳倾覆,再通过拖拽、抽水的操作完成翻身。使用该方案,一方面节约了安装成本,另一方面也提高了浮式防波堤安装过程中的安全性。     

浮式防波堤结构的研究现状

浮式防波堤作为海洋工程中一类重要的防波堤结构,具有优异的经济性和生态环保性。首先概述了海洋浮式防波堤的发展过程,总结了国内外关于浮式防波堤的最新研究成果,简要介绍了浮式防波堤结构形式的试验研究和数值模拟研究,并根据浮式防波堤下部是否设置阻尼结构划分为箱板式和板阻式两种结构形式,重点探讨了目前研究存在的问题和不足,并从耐久性、设计标准规范与新材料等方面对未来浮式防波堤结构的发展和研究方向做出了展望。     

大潮差条件下不同锚泊形式浮式防波堤的试验研究

以平行布置为例,用物理模型试验的方法研究了浮箱式防波堤在大潮差条件下的运动响应特性和透射系数的规律。结果表明:相同相对宽度下透射系数的数值在高潮位时与其它两个潮位有较大的差别,综合考虑运动响应和透射系数,对浮式防波堤的相对宽度设计给出建议。另外,通过对比不同锚泊系统布置形式的浮式防波堤在相同波况下运动和透射系数的大小,指出平行布置较适合大潮差海域,为工程实践提供参考借鉴。     

多体浮式防波堤消波特性数值模拟

多体浮式防波堤消波特性是决定其应用价值的重要因素,基于三维势流理论,通过使用Ansys Workbench软件和AQWA Graphical Supervisor(AGS)图像后处理软件,对多体浮式防波堤在不同入射角和浮筒吃水深度下的消波效果展开研究。结果表明,在入射角度为90°时,多浮筒浮式防波堤能够最大程度地消减波浪。同时,透射系数随吃水深度的增加而不断减小,但结构稳定性会下降。因此,实际工程中应尽量保证浮式防波堤的迎浪面与波浪的来波方向垂直,这样可以获得较好的消波效果,同时应尽量避免选择吃水深度过大的浮式防波堤。     

集装箱浮式防波堤研究与应用

根据港珠澳大桥香港人工岛工程的实际需求,论证各种防波堤方案,并采用数值模拟和三维势流理论对集装箱浮式防波堤进行设计计算.集装箱浮式防波堤消浪效果明显、成本低,解决了深水区格形钢板桩大圆筒的施工问题;大部分构件可利用废旧材料加工,符合绿色发展的环保理念;结构简单,具有快速安装、快速转移、快速拆卸等特点,便于周转使用.集装箱浮式防波堤在香港人工岛工程中应用效果良好,作为一种海上临时挡浪结构,具有很好的推广应用价值.     

双层水平板式防波堤结构箱型水平板研究

双层水平板式防波堤是一种新型的水工结构物,采用上下两层水平板达到消浪、透水的目的.本文研究的水平板采用钢制箱型板结构.根据物理模型试验测定的波浪荷载,应用ANSYS有限元软件,分别探讨不同支承形式、钢板厚度、H型钢加劲肋个数和型号等因素对水平板应力和变形的影响,并与传统计算方法相比较,为双层水平板式防波堤的结构设计及工程应用提供参考.     

Numerical calculation method for the hydroelastic response of a pontoon-type very large floating structure close to a breakwater

This paper presents an effective scheme for calculating the wave-induced hydroelastic response of a pontoon-type very large floating structure (VLFS) when it is near a breakwater. The basic numerical calculation method is the one previously developed by the same author for a VLFS in the open sea (no breakwater), which is expanded to include the effect of the hydrodynamic mutual interaction between the breakwater and the floating structure. The efficiency and accuracy of the proposed method are validated through comparisons with other numerical results and with existing experimental results. After that confirmation, various numerical calculations were conducted, paying special attention to the resonance phenomena which will occur depending on the relation between the wavelength and the clearance between the breakwater and the floating structure. The irregular frequency phenomenon which appears in the calculation of the fluid dynamic problem is discussed in the appendices, including a method for its elimination. Received: October 31, 2000 / Accepted: December 19, 2000     

浮式防波堤的研究

本文研究了在规则波作下锚泊浮堤的运动响应、消波性能、横漂力引起的提体横漂量以及链的受力情况，并预报浮堤在不规则波中的消波性能。理论计算应用了Frank源汇分布法和Grim切片理论，采用丸尾的远场积分法计算二阶漂移力，采用Kim法计算无穷远处的反射波波幅，用传统的悬链线理论对锚泊系统作静力计算。研究目的在于用理论方法预测浮式防波堤的特性并优化防波堤的形状。研究结果已成功地用于三峡水库导航防波堤的设计。     

波浪中锚泊浮堤系统特性的理论研究

本文研究了在规则波作用下锚泊浮堤的运动响应、消波性能、横漂力引起的堤体横漂量以及此时链的受力情况。在理论计算过程中应用了Frank源汇分布法和Grim切片理论,并采用九尾的远场积分法计算二阶漂移力,采用Kim法计算无穷远处的反射波波幅,用传统的悬链线理论对锚泊系统作静力计算,还将矩形剖面防波堤的计算结果与日本井上义行的计算结果以及我国南京水利科学研究院有关矩形剖面防波堤的系列模型试验結果做了比较,计算结果和试验结果接近,吻合。本研究的目的在于用理论方法预测浮式防波堤的特性并优化防波堤的形状。     

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。