基于解析法的船-平台碰撞耗散能快速估算方法

海洋平台在作业过程中存在遭受船舶碰撞的潜在危险,一旦事故发生将可能导致结构产生严重损伤从而影响平台的作业安全,因此在平台结构设计阶段考虑其抗撞性能具有重要意义.本文以供应船撞击半潜平台为研究对象,基于碰撞外部动力学分析理论,在浮式平台规范法耗散能计算基础上,运用解析法推导出考虑平台艏摇运动响应的船舶非对心撞击平台耗散能求解方程,同时借鉴船-船碰撞耗散能估算方法,得到一般碰撞场景即考虑船-平台在碰撞过程中相对运动的耗散能解析式,并自编计算耗散能程序,实现船-平台碰撞碰撞耗散能的快速估算.最后通过非线性有限元分析(NLFEA)方法,计算出供应船与平台在碰撞过程产生的应变能并与解析法的算例结果进行对比,结果表明:规范法耗散能估算方法较为保守,不适用于一般碰撞场景下的耗散能估算;本文所提出的耗散能解析法可用于准确可靠地估算相类似船-平台碰撞场景下撞击船的耗散能.     

粗糙元对微通道稀薄气体流动换热影响研究

针对壁面粗糙元对微尺度通道内稀薄气体流动和传热的影响,采用直接模拟蒙特卡洛法(DSMC)进行研究,分析了粗糙元数量、分布和高度不同时,各类型微通道内稀薄流动和传热状态及特征参数的变化情况.结果显示,当粗糙元数量增加时,微通道壁面压力和换热量分布略有波动,壁面摩阻和通道中心线上的雷诺数受流场总体速度降低的影响,变化较为明显;当粗糙元的高度增加时,微通道内流场发生了较为明显的变化,通道内平均换热量、壁面摩阻和中心线上的雷诺数均有不同程度的下降,而壁面压力和雷诺数等流动性能的波动性显著增大.由此可以说明,粗糙元对微通道内的流动换热性能产生的主要影响为压缩和阻滞效应,前者会提高局部流速的波动性,后者则会降低通道内流场的流动性,相比于增加粗糙元数量,提高粗糙元的高度所产生的影响更为明显;另外,微通道内的换热性能主要取决于流动速度,粗糙元能够增大换热面积并通过压缩效应增大局部换热量,但由于其阻滞效应的作用,通道内流速随之降低,从而导致平均换热量有所下降.     

11.9m双体交通艇总强度有限元分析

双体船因其甲板面积大、稳性好等优点在近几年备受关注。双体船的两个片体由中间的连接桥连接而成,连接桥在航行环境中要遭受比较大的横向弯矩和扭转力矩的作用,其自身的强度对双体船的安全性来说至关重要。本文在有限元理论的基础上,采用直接计算方法对某双体船进行了横向强度和扭转强度的最上层主甲板以下全船结构有限元分析。对其总横强度及扭转强度进行了校核,并根据应力云图提出了双体船在设计时应注意的几点建议。     

基于CFD方法的系泊状态FSO舵载荷计算

舵设备是船舶进行操纵的重要设备,传统舵的性能计算和结构设计多针对航行船舶开展,对系泊在位状态船舶的舵波浪载荷关注较少。采用CFD方法,针对一艘系泊在位状态下FSO(floating storage and offloading)在遭遇极端波浪时的舵载荷进行计算。首先根据FSO临界作业条件评估船体与波浪的最大遭遇角度,然后建立数值波浪水池,评估最大遭遇角状态在实际海况下的舵力矩特征。研究结果表明,在极端海况下的舵力矩会超出规范设计舵力矩,会对舵系结构安全造成威胁。本文研究成果可为同类型舵结构的设计提供参考。     

不同系泊模式LNG旁靠超大型FSRU系泊系统设计及水动力性能分析

本文采用规范设计、理论分析和数值仿真相结合的方法,建立LNG船与LNG-FSRU两船旁靠系泊的理论和数值分析模型,对LNG旁靠FSRU码头系泊和软钢臂单点系泊两种典型系泊模式下的转运及卸载作业进行数值分析.同时考虑外部海洋环境风、浪、流组合作用下的综合作业工况,确定FSRU与LNG近距离旁靠作业时系泊设备、缆绳种类、固定式和漂浮式护舷的选型和布置,对LNG、FSRU船的运动特性以及运动过程中缆绳张力和护舷受力开展统计分析,优化系泊系统布置和参数.在系泊系统设计和分析的基础上,根据系泊缆的直径、所受最大张力值,为系泊设备选型提供参考,便于开展码头系泊系统和单点系泊系统布置研究.基于旁靠系泊的设计标准提出LNG-FSRU安全作业的最大允许海况,为LNG-FSRU的运营提供可靠的技术保障.     

用Melnikov方法研究船舶在随机横浪中的倾覆

本文应用Melnikov函数和相空间转移率研究船舶在随机波浪中的强非线性横摇运动及其倾覆问题,分析了波浪特征频率、特征波高、船舶非线性恢复力臂以及阻尼特性对相空间转移率的影响.以长30.7m、宽6.9m的渔船为例,采用ISSC波浪谱,在时域内计算了Melnikov函数,得到了相空间转移率与Melnikov函数之间的关系以及有义波高对相空间转移率的影响.研究表明:随有义波高增大,相空间转移率不断增大,船舶航行的安全域迅速减小.从而揭示了相空间转移率与船舶倾覆内在的密切联系,为船舶的设计和稳性衡准提供了有价值的参考.     

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.     

爆炸载荷下半潜式钻井平台月池结构动态响应

以某半潜式钻井平台月池结构为研究对象,基于一般耦合法建立拉格朗日与欧拉网格的耦合,计及应变率效应的影响,应用二阶精度求解器ROE算法结合等效当量TNT方法及理想气体状态方程,参考API规范要求设置多组计算工况,对月池结构在不同爆源高度及不同当量载荷下的动态响应进行了数值分析研究。研究发现：整体结构抗爆性能较好,未有结构发生破损失效。当爆源高度超过41.55m或当载荷增大时,对X方向月池内壁板格造成的冲击与变形损伤更大,该处结构在防爆设计时应重点考虑;平台沿Y方向的舱壁为主要吸能构件,占比最低为44.7%,当爆源高度降低时,吸能占比增加,当爆炸载荷增大时,吸能占比降低;沿X方向的舱壁吸能占比稳定约为24%。本文的研究对于评估平台结构抗爆性能,优化结构设计等方面具有一定的参考价值。     

基于 DES 方法的张力腿平台主体结构水动力特性研究

考虑张力腿平台立柱和浮箱之间的相互影响,通过分离涡模拟法（DES）对均匀流下张力腿平台主体三维水动力流特性进行了研究,讨论了张力腿平台阻力系数、升力系数及其频谱、压力系数和尾涡等特性。研究表明：阻力系数和升力系数时历曲线变化具有一定的周期性和“脉动性”;下游立柱受到上游立柱尾涡作用,导致下游立柱阻力系数较上游立柱阻力系数略大;下游立柱升力系数幅值较上游立柱升力系数幅值大,下游立柱泄涡具有明显的周期性特点;升力系数时历变化呈现紊乱,频谱图中谱峰个数越多且带宽越大。立柱表面压力系数呈现出“W”型且张力腿平台主体周围具有不同垂向流态形式,稳定脱落周期下通过压力系数最大值判断撞击点等特殊位置,压力系数最小值判断尾涡所附位置;尾涡具有高度各向相异性,不同来流方向下张力腿平台主体尾后出现不同尾涡结构和流形态。