自升式风电安装平台插桩过程中的耦合作用

以某自升式风电安装平台和其临近的固定平台为研究对象,探讨风电安装平台桩靴入泥带来的挤土荷载与环境荷载的耦合作用对平台桩基强度的影响。分析结果表明:在靠近泥面一定范围之内,在进行导管架钢桩设计时必须考虑挤土荷载与环境荷载的耦合作用,以满足导管架平台桩基的强度要求。     

不同间隙比竖井内水流与平衡重二维流固耦合

目前,水力式升船机在国内外尚无投入实际运行,无实际设计、安装、运行经验可循。建立不同间隙比竖井与平衡重之间二维流固耦合数学模型,在非恒定流作用下,对不同间隙比时平衡重上升过程的水动力响应进行动态模拟。得出有利于该类升船机稳定运行的最优间隙比。     

东海涌浪环境下大型起重船吊装组块耦合运动响应数值模拟研究

我国东海海洋环境复杂,经常出现小波高、长周期的涌浪.长周期涌对系泊大型起重船吊装海洋平台上部组块影响比较大,尽管涌的波高较小,但是,吊物组块运动幅度明显比同等波高海况时的要大,严重影响了海洋平台的安装施工效率和进度,甚至威胁作业安全.本文采用水动力势流软件,建立系泊-大型起重船(包括吊臂)-索具-大型组块吊物的耦合运动模型,研究复杂涌浪环境下耦合系统运动响应特性及其机理,并开展了参数敏感性分析,讨论对耦合响应影响因素.最后,对东海涌浪情况下起重安装施工,提出了降低吊装组块运动响应的建议措施.     

基于完全耦合算法的绕水翼流固耦合特性研究

基于完全耦合算法对绕二维NACA0009水翼流固耦合特性进行了数值模拟研究。采用Theodorsen模型和Munch模型对刚性和弹性水翼的水弹性响应进行了数值计算,分析了流体与结构的相互作用关系,研究了影响结构水弹性响应和流固耦合特性的因素。研究结果表明:考虑了流体黏性的Munch模型与基于势流理论的Theodorsen模型对气动弹性响应的数值计算结果基本一致,而Theodorsen模型由于没有考虑流体黏性在一定程度上低估了结构的水弹性响应。结构的惯性、阻尼和刚度力矩与流体的相应附加载荷均处于同一数量级,故流体与结构的相互作用不可忽略,尤其对于弹性水翼,流体的惯性、附加阻尼作用增大,流固耦合算法的数值稳定性对流固耦合特性的计算结果影响将更大。外部激励频率为非共振频率时,结构的刚度作用是影响水弹性响应的主要因素,外部激励频率为共振频率时,流体的附加阻尼和附加刚度作用减弱,除结构的刚度作用外,流体与结构的惯性作用对水弹性响应和流固耦合特性的影响也较大。     

张力腿式浮式风机平台的水动力和空气动力耦合响应分析

文章采用了空气动力、水动力、控制与弹性完全耦合的时域模拟方法研究了张力腿式浮式风机平台的动力响应.水动力载荷的计算采用了三维势流理论与Morison公式.空气动力载荷的计算采用了叶素动量理论和广义动态尾流理论.利用FAST软件得到了张力腿式浮式风机平台响应的时域结果,并分析了其动力响应特性.建立了描述平台纵荡运动的非线性微分方程,并采用了摄动方法求得其近似解,解释了纵荡运动中由非线性粘性效应引起的高频响应.对数值模拟结果的分析表明高频的响应分量对平台的动力性能有显著的影响.     

弹性垫形式的水下弹性体发射动力学分析

弹性垫会对水下运载器发射动力学产生影响,文章针对弹性垫形式,利用Lagrange方程推导了新型适配关系下的发射动力学方程,同时考虑了运载器的刚体运动、弹性变形、弹性垫变形与接触对发射过程的影响。利用文中的方法,建立了水下运载器发射动力学模型,对发射过程的载荷进行了求解,研究了弹性垫数量、刚度、位置等参数对运载器弹性振动的影响。结果表明文中方法是有效的,可用于水下运载器发射动力学分析。     

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。     

饱和地基下桩柱结构地震响应

通过建立两相饱和地基下桩-土耦合系统的动力分析有限元数值模型,对饱和自由场地基以及桩柱结构在地震作用下的动力响应进行数值模拟研究。结果表明:在地震作用下超孔隙水压沿深度方向呈现出指数衰减趋势,在地表处更易导致地基液化从而散失承载能力。随着超孔隙水压的上升土体强度降低后,饱和地基土层对地震波的高频成分有明显的选择性滤波作用。在桩柱结构地震响应分析中,受桩土间动力耦合作用的影响,桩侧土体比远场地基土更易液化。随着地基承载力的降低,导致桩柱动力以及弯矩响应上升。研究结果与已有桩基础震害经验相符,其方法和结论可对饱和可液化地基抗震工程提供参考。     

软刚臂系泊LNG-FSRU水动力模型试验研究

LNG-FSRU采用软刚臂单点系泊系统定位于特定海域在风、浪、流联合作用下进行作业,其运动非常复杂,必须进行水动力性能研究.本文针对35万立方米超大型LNG-FSRU,采用软刚臂单点系泊系统定位方式,开展了风、浪、流联合作用下水动力模型试验研究.软刚臂系泊系统软中各构件间的连接方式及Yoke重量相似是模型试验的关键,试验对该系泊系统的相似性进行了模拟,并将试验结果与数值计算结果进行了对比分析,结果显示,软刚臂系泊系统刚度曲线呈现非线性,试验结果与数值结果吻合良好,表明试验中对于软刚臂系泊系统的模拟是合理的,反映了LNG-FSRU在风、浪、流联合作用下的运动特性.     

复杂外形潜水器的动力学建模

为建立复杂外形潜水器精确的动力学模型,并基于模型设计控制算法,本文以DOE HD2+2无人遥控潜水器(ROV)为对象,应用计算流体力学(CFD)粘流方法与面元法预测水动力系数.为提高计算速度,在保证计算精度的前提下,采用多面体网格,进行网格优化,减少了流体域的网格总数.由于ROV几何外形不对称,基于最小二乘法分段拟合了阻尼力/力矩与速度的曲线,建立了耦合的阻尼矩阵和附加质量矩阵.最后,基于CFD计算的水动力系数建立了Matlab Simulink动力学仿真模型,并通过水池操控实验对所建动力学模型进行了有效性验证.