水下板式-浮筒型防波堤附加质量与阻尼系数研究

文章提出的水下平板—浮筒型防波堤作为一种新型的深海防波堤结构形式,具有重要的海洋工程应用前景。而附加质量和阻尼系数是决定该型结构水动力响应效果的重要影响因素。文中采用边界单元法依据波浪辐射、绕射理论对水下板式—浮筒型防波堤的水动力特性进行了研究,系统分析了这种结构形式防波堤的附加质量及阻尼系数和平板、浮筒间距及浮筒厚度的相互关系。     

FPSO和外输系统的模型试验截断技术研究

以"FPSO+外输油管+外输浮筒+穿梭油轮"的开发模式为研究对象,在西非1700m水深条件下,进行了FPSO及其外输系统的模型试验方法研究。基于静力相似和动力相似准则对外输油管进行了等效设计,提出了一种新型的外输油管模型试验等效设计方法;基于静力相似准则,对FPSO多点系泊系统在0°至180°的环境方向下进行了等效水深和等效水平刚度的截断设计,并对其进行静力优化;同时为避免FPSO和外输浮筒的系泊系统之间的干涉影响,对外输浮筒系泊系统进行了水平等效设计;在此基础上设计了模型试验方案。然后分别对截断前与截断后的"FPSO+外输油管+外输浮筒+穿梭油轮"全系统进行了时域耦合分析,对比发现截断前与截断后计算结果吻合良好,验证了该模型试验方案设计的可行性。     

基于近似模型理论的水上飞机浮筒优化设计

以浮筒式水上飞机的浮筒为研究对象,以滑行阶段受到的水动阻力较小和产生较小水花溅射现象为最终目标,利用CAD建模软件CATIA实现对浮筒外形的模型建立,运用流体计算软件STAR-CCM+对浮筒在水上飞机水面滑行阶段时的水动力特征进行了数值模拟计算。最后,应用近似模型优化方法,采用NSGA-II算法实现了浮筒横剖面和断阶处的多目标优化设计,并将所得结果与CFD计算结果进行了对比,验证了优化的可行性。     

涡激振动对FPSO外输系统的动态响应分析

外输系统包括FPSO、外输浮筒、外输管线主要构成部分,在外载荷的推动下,各个构件间存在复杂的耦合作用。由于输管线跨距长,在复杂的海洋环境载荷作用下极易发生涡激振动现象,从而引起管线的疲劳破坏。为研究涡激振动对FPSO外输系统的动态响应的影响,本文对FPSO及其外输系统进行了一系列的水动力分析,结合考虑浮体/管线的耦合效应和管线涡激振动现象,求解FPSO与外输浮筒的总体运动响应及外输管线的张力、疲劳损伤值,总结管线涡激振动现象对整个FPSO外输系统总体性能的影响。计算结果表明,管线的涡激振动效应对其自身的疲劳寿命起到主导性作用,而对FPSO及外输浮筒的运动响应和系缆张力的影响较小。     

船舶耐波性计算的实用统一理论研究

采用频域方法计算船舶耐波性的统一理论综合了切片理论和普通细长体理论,能够计入一定的三维效应及在更宽频率范围内计算细长船体的水动力。针对统一理论应用中的匹配积分方程的计算不稳定和耗时较多问题,基于零航速匹配积分核函数的遭遇频率法进行辐射水动力计算,假设绕射势慢变部分满足拉普拉斯方程,提出耐波性计算的实用统一理论,有效避免了数值计算的不稳定并提高了计算效率。与切片理论、三维势流理论的计算结果以及试验值的对比表明,实用统一理论与三维航速修正法的水动力预报精度相当,可满足快速有效的工程计算需求。     

复杂地形条件下浮式栈桥运动响应的频域分析

为了研究复杂地形条件下浮式栈桥的运动响应,并探讨波浪圆频率及浪向角等因素对浮式栈桥运动响应的影响。论文利用势流理论及波浪绕射/辐射理论对浮式栈桥所处流场的速度势进行了分析,并对复杂海底地形条件下浮式栈桥的运动特性进行了水池试验和数值模拟研究。基于水动力计算软件AQWA,将复杂海底地形作为一个潜体置于海底,进而考虑其与上部浮体及波浪的水动力干扰,从而建立了海底地形-浮式栈桥-波浪水动力耦合计算模型,模拟计算了浮式栈桥在复杂地形条件下的运动响应,并通过水池试验对数值计算结果进行了验证。结果表明,耦合计算模型能够较为准确地预报复杂地形条件下浮式栈桥的运动响应;复杂海底地形条件下浮式栈桥各桥节的运动响应有较显著的差异,且桥节RAOs随浪向角的变化曲线与平坦海底地形条件下的RAOs曲线有一定差异;浅水环境下海底地形对浮式栈桥运动响应和波浪传播特性的影响不能忽视。     

FLNG-LNGC并靠外输系统参数对双体水动力性能的影响

针对FLNG关键技术的并靠外输问题,本文基于频域波浪势流理论建立FLNG单体和FLNG-LNGC双体水动力模型,并且结合上海交通大学水池模型实验和经典文献结果验证了数值算法的准确性.在此基础上,深入讨论了FLNG并靠外输系统单浮体水动力特性和双浮体的耦合作用.进一步通过改变系统参数(间距、装载状态、波浪入射方向和水面阻尼)建立不同的并靠外输模型进行参数敏感性分析,并且对FLNG-LNGC双船间水体共振规律进行探索.     

深吃水多立柱式平台的运动响应分析

提出了一种新型深吃水多立柱式平台DDMS(Deep Draft Multi-spars),介绍了DDMS平台的创新概念,并描述了平台的交互式设计方法和设计流程。使用基于绕射和辐射理论的高阶边界元方法,得到了平台波频激振力和水动力系数,在频域获得了幅值响应算子RAO。利用平均波浪漂移力和Newman近似方法预报了平台的二阶波浪慢漂激振力,在时域进行了DDMS平台运动响应的数值模拟。计算结果验证了DDMS平台设计的合理性,显示了平台良好的运动性能。     

半潜式火箭发射平台的水动力性能

本文研究的火箭发射平台主体,为六立柱半潜型式。波高相对于特征长度为小量,考虑到波浪对平台主体大尺度结构的辐射和绕射作用,采用三维频域势流理论对其波浪载荷进行计算分析。对于横撑等小尺度构件,其直径远小于波长,波浪的绕射效应可以被忽略,而粘性作用十分重要,采用了修正的Morison方程对其求解。计算分析结果将为火箭发射平台水动力性能研究提供参考。     

岛礁地形下半潜平台水动力性能研究

文章基于一岛礁实地的地形数据,针对该地形下的半潜式平台进行了水动力及运动响应分析,重点研究了岛礁地形对平台运动响应的影响,并结合模型试验结果进行了对比分析。结果表明应用目前常用的以线性波浪理论为基础的数值方法,通过引入对地形与平台之间的绕射与辐射水动力的干扰计算,可以对岛礁地形下的半潜平台进行水动力和运动分析。研究所得到的岛礁条件下的平台运动响应结果与模型试验值对比较为吻合。     

多浮体铰接薄板结构运动响应研究

应用Newman的广义运动模态分解方法和拉格朗日乘子法,基于波浪辐射和绕射理论建立了铰接多浮体结构水动力响应的运动方程,应用预修正快速傅里叶变换(p FFT)的边界元方法对由15块板组成的铰接多浮体结构的运动响应进行了研究。数值结果表明该p FFT方法计算精度和计算速度均很高,可用于任意形状和约束状态的多体结构的水动力分析。板间距的改变对铰接点处垂荡和横摇影响较大。     

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。     

无限区域二维势流直接边界元法精度分析

边界元法作为一种重要的数值方法已在许多领域得到广泛应用,但在船舶水动力势流理论数值计算方面,有关直接边界元法的研究并不充分,尤其是在船舶兴波阻力势流理论求解方面,以往的"面元法"通常是基于Hess-Smith法的间接法,这类方法在理论和数值计算上都存在着缺陷。针对船舶水动力势流理论计算,采用直接边界元法,对二维势流无界绕流算例进行系统的数值计算,并根据二维势流问题的计算结果详细探讨边界单元离散形式和单元上的数值积分方法对计算精度的影响,各项数值计算均以Matlab软件编程实现。结果表明,采用常数单元和龙贝格积分法能够得到较准确的结果,且计算速度较快。     

AQWA和HARP在TLP整体性能分析中的应用对比

利用水动力分析软件AQWA和HARP分别对中国南海水深400 m左右的某潜在开发油田拟采用的张力腿平台进行波浪绕射/辐射、静态偏移和自由衰减分析,与模型试验结果进行对比结果表明,AQWA和HARP都能用于张力腿平台的波浪绕射/辐射分析、静态偏移和自由衰减分析,但是在进行时域动态耦合分析时,HARP软件对于二阶波浪载荷的预报比AQWA软件更为准确。     

基于高频算法的舰船电磁环境研究

现代化舰船上装备有大量的电子系统和设备,研究舰船电磁环境对舰船电磁兼容性及其防御力的提高具有重要意义。首先用简单模型验证物理绕射理论(PTD)在计算目标的散射场时能够计算目标阴影区及边缘绕射场。进而采用物理光学法(PO)与PTD相结合的方法计算舰船周围电场强度,并结合美军标MIL-STD-461C,针对电磁辐射对舰船的危害进行初步预估,得出电磁辐射对舰船的危害区域以及对人员的危害区域,且舰船上层建筑所受电磁辐射危害较大。结合几何绕射理论(GTD),计算出从源点到达桅杆处观察点的射线路径,得到引起舰船上层建筑电磁辐射危害较大的原因是电磁波从源点辐射到舰船结构时,在舰船表面发生了多次反射及绕射。结合3种算法研究舰船电磁环境,对于研究舰船电磁兼容具有重要的参考价值。     

半潜钻井平台辐射问题的高精度算法研究

附加质量和阻尼力是决定半潜式钻井平台运动响应的重要参数,该研究采用直交边界边配置多重节点的新方法去除积分边界的奇异性。研究中同时应用了高阶边界单元方法近似真实的空间三维复杂结构,依据波浪与结构物相互作用的辐射和绕射理论建立边界元积分方程,对ISSC型半潜式平台（Semi-Submersible）的附加质量和阻尼力进行了分析研究。研究表明多重节点与高阶边界元相结合的方法对复杂结构的水动力计算具有很高的精度。     

斜坡海底条件下锚泊渔船水动力响应研究

避风锚泊是大中型渔船防台风的主要方式。避风锚地位于近岸区域,海底大多不平坦,然而传统的水动力计算方法和相关软件是基于平坦海底的假设建立的。为了对斜坡海底条件下锚泊的渔船水动力响应进行准确分析,论文基于SAM-RSM模型开发了计算程序,使用台阶近似法考察海底地形对入射波浪的散射作用,应用Rankine源方法求解不平坦海底条件下渔船在固定状态以及运动状态时诱导的绕射和辐射速度势。计算结果表明,不平坦的海底地形对锚泊渔船低频垂荡和艏摇运动RAO的影响显著。研究成果可为渔船锚泊位置的选择提供参考。     

基于B样条的三维船体水动力数值计算

本文采用基于B样条的一种新的数值方法计算三维船体水动力，用B样条函数表达三维船体表面的几何形状以及流场中未知物理量的分布，为了验证该数值方法的可行性和精确度首先对处于无限流体域中的圆球体绕流问题进行了计算；其次计算了由ITTC所推荐的Wigley船型的兴波阻力以及以一攻角斜航时的操纵水动力；最后在一些假设下对两船作平行航行时的干扰水动力作了相应计算工作。数值计算结果与其它试验或理论结果在定量或定性上吻合良好。     

复杂地形下平台水弹性响应研究

在以往的研究中,波浪对浮体的水动力响应作用大多采用有限均匀水深或无限水深情况进行计算,考虑实际复杂地形对浮体性能影响的研究较少,但事实上地形的变化对浮体影响不可忽略,尤其岛礁附近区域珊瑚礁地形复杂,需要考虑地形对波浪场的影响。文章先从简单情况入手,入射波浪采用有限水深均匀入射波,使用有限水深格林函数求解源强,但加入了地形对浮体波浪绕射和辐射的影响。基于这些假定,验证了该方法计算结果的准确性,进而对某浮式平台在复杂地形下的水动力进行计算,并与均匀有限水深的结果进行比较,两者总体趋势吻合。结果表明,地形的存在对低频区运动响应影响较大,相比均匀水深波动较大。该文可以为浮体在实际地形下水动力响应计算研究工作的开展提供一个参考。     

含裙板之CALM浮筒辐射问题研究

水动力系数的计算是确定CALM浮筒运动响应的基础,采用特征函数展开及边界匹配的方法求解含裙板之CALM浮筒作纵荡,垂荡和纵摇运动引起的辐射载荷,得到相应的附加质量和辐射阻尼系数。在程序中令浮筒半径趋于零可处理圆形垂荡板辐射问题,令裙板半径等于浮筒半径可处理无裙板之浮筒或浮式直立圆柱体的辐射问题。边界积分法的缺点是在求解物体湿表面分布源积分方程时会出现不规则频率现象,而特征函数展开及匹配法则不存在这一问题。分析了裙板半径大小对CALM浮筒水动力系数的影响,裙板半径增大时由自身运动引起的垂荡和纵摇附加质量显著增加,而垂荡辐射阻尼则显著减小。