Magnus效应旋转圆柱水动力性能分析

为研究Magnus效应旋转圆柱水动力性能，采用大涡模拟（LES）模型对Magnus效应旋转圆柱进行数值模拟，分析旋转圆柱的长径比、转速比、雷诺数对其升力及三维流场的影响，模拟旋转圆柱升阻力变化趋势和尾部流场涡的脱落过程。结果表明：当转速比大于1.5时，旋转圆柱的升阻比随长径比一直增加；升阻比随转速比的变化规律是以1.7为界先升后降；旋转圆柱脱落的旋涡轨迹与来流形成一定的夹角，且角度会随转速比逐渐增大；当转速比大于1.75时，卡门涡街消失，旋转圆柱尾涡长度逐渐缩短，最终只有圆柱上表面发生涡旋脱落，下表面的涡不再脱落，附着在圆柱表面；雷诺数会改变旋转圆柱尾部流场，使升阻比先增加，达到峰值后以相反趋势下降。     

外海沉管浮运安装作业窗口管理及工艺计划研究

沉管出坞浮运安装是港珠澳大桥岛隧工程中的关键性工程,也是一个连续的、不间断的施工过程。为了降低施工风险,结合船机设备能力,提出作业窗口管理系统,针对每步施工工序提出针对性的作业限制条件,以此寻找最佳的作业时期。潮汐条件是作业窗口因素中的关键因素,根据潮汐预报数编制24~36 h连续的浮运安装工艺计划,选择在最优的水文气象条件下,按照作业窗口管理系统严格按照计划进行作业。经过33节沉管浮运安装的现场验证,浮运安装作业窗口管理系统满足项目要求,有效保障了浮运安装安全,有效降低了施工风险和成本。     

沉管隧道横向地基刚度分布模式初探

为解决沉管结构横向设计计算中的地基刚度取值问题,基于HS本构模型,通过理论推导研究地基刚度随应力水平的变化关系,得出沉管隧道横向地基刚度分布的近似解析解。结果表明： 1)沉管横向地基刚度分布模式与地基初始刚度、结构刚度、地基应力水平和上部荷载有关; 2)在软弱地基情况下,沉管横向地基刚度为W形分布模式; 坚硬地基情况下,底板跨中可能会与地基发生局部脱开,脱开段地基刚度为水平分布; 3)通过算例分析,地基刚度分布近似解析解与数值模拟结果能够较好地吻合,可为沉管结构计算提供依据。     

沉管隧道带垄沟碎石垫层清淤施工方法研究

为解决沉管隧道带垄沟碎石垫层基础清淤的问题,结合工程施工条件和施工工况,采用解析计算、物理模型试验和数值模拟计算相结合的方法,在不扰动碎石垫层顶部的基础上,研发新型的沉管隧道带垄沟碎石垫层基础清淤设备和施工方法,可以完成碎石垄沟和垄顶的清淤施工,保证碎石垫层基础回淤物的快速清除,降低工程施工受回淤影响的风险。     

深水S型铺管作业中托管架多参数优化

合理地调整托管架滚轴位置,可以保证深水S型铺管作业安全,提高铺设效率。基于集中质量法理论,考虑海床、海流的影响,建立深水S型铺管的三维管线数值模型,用Newton-Raphson法展开,对离散型托管架模型进行静力迭代求解。在静力求解基础上,以管线最大弯矩最小为目标函数,用进化差分算法对离散型托管架的滚轴高度和每段托管架的角度等众多参数进行优化。通过算例验证了优化方法的有效性。优化后的弯矩可比原设计减小10.9%。     

非粘结柔性立管静态分析

海洋柔性立管因材料和结构上的复杂性在设计分析中存在许多技术难题。本文在变形能原理和能量守恒的基础上,推导出了柔性立管各层的刚度矩阵。将各层刚度矩阵进行叠加,得到柔性立管总体刚度矩阵,并用总体刚度矩阵求解静载荷作用下立管变形响应。同时基于ABAQUS软件建立八层非粘结柔性立管有限元模型,并将有限元计算结果和刚度矩阵计算结果进行比较。结果分析表明：运用推导得到的刚度矩阵求解静态载荷下立管的变形是一种简便且准确的方法。     

顶部张紧式立管干涉分析

顶部张紧式立管（TTR）是油气开发必不可少的立管类型。研究了南海1500米水深半潜式干树深水平台TTR的概念设计,使用ORCAFLEX软件建立TTR的干涉分析非线性时域分析模型,基于Huse尾流模型,分析了浪流方向为0°,45°,90°,135°和180°的100年一遇环境载荷下的立管间距。结果表明,浪流方向为0°时立管最小间距小于TTR最大外径之和,发生干涉,其他方向不发生干涉。TTR为阵列式设计的立管群,应当从多方面因素考虑以避免干涉发生的危险,合理安排立管间距、调整TTF等措施可以有效减小干涉发生的可能。     

弯曲特性对非粘合挠性管深水安装的影响（英文）

非粘合挠性管是深水和超深水海洋工程开发的重要水下设备之一。有效地将挠性管安装到深水对于大部分水下设备安装承包商来说是一个重要课题。在最近多个深水安装项目中,发现挠性管安装姿态与安装模拟结果相比未能保持一致。主要的原因是挠性管制造商所提供的挠性管名义弯曲刚度无法准确地定义挠性管在安装过程中的受力特性。制造商所提供的弯曲刚度通常比较小,从而过于保守地描述了弯曲曲率。这对于挠性管的设计是可以接受的,但是过于保守估计的挠性管的弯曲曲率对于其安装模拟并非是合理的。与挠性管安装姿态相关联的参数是最小弯曲半径及安装角度。论文阐述了弯曲特性的定义对挠性管安装模拟准确性的影响。选用滞回曲线及其它弯曲刚度常数来定义挠性管的弯曲属性,并对挠性管安装进行了静态及动态安装模拟。与实测的挠性管安装姿态进行了比对,表明采用滞回曲线能较准确地模拟实际的挠性管安装姿态。因此,采用滞回曲线作为挠性管安装属性进行安装模拟是一种较有效及准确的方法。     

倒角半径对方柱涡激特性的影响研究

采用有限体积法对具有不同倒角半径方柱涡激振动开展了数值研究。方柱涡激振动系统简化为两自由度的质量-弹簧-阻尼模型,引入雷诺平均应力模型求解不可压缩粘性Navier-Stokes方程,结合SST k??湍流模型对低质量比弹性支撑的方柱涡激振动进行了模拟。研究发现:方柱涡激振动最大振幅曲线随着折合速度的增大先增大后减小,与圆柱涡激运动初始激励分支和下端分支相类似,但没有发现幅值跳跃现象。流向振幅最大值出现在20%倒角且折合速度5.0时,大小为0.28D,而横向振幅在30%倒角工况中折合速度为6.0时达到最大值0.47D。方柱涡激振动没有发生类似圆柱一样的频率锁定现象,但其振幅呈现明显的"差拍"规律,差拍区间随倒角半径大小而异,最后对不同倒角半径下方柱运动轨迹进行了讨论分析。     

水下转塔生产系统解脱过程中的水动力特性研究

考虑到南海的恶劣海况对系统立管以及锚链的水动力作用,通过数值计算与Orcaflex模拟了水下转塔生产系统在解脱过程中的动态响应,并分析了恶劣海况对系统解脱过程中各参数的影响,所得结果对水下转塔生产系统的实际应用具有指导性意义。