拱形自浮式水上升降防撞装置浮性与稳性研究

拱形自浮式水上升降防撞装置是由重庆交通大学发明的一种新型桥梁防撞装置,它主要由导向井、防撞带和浮筒三大部分组成;其中防撞带和浮筒都是钢结构,导向井采用钢筋混凝土结构,整个结构长达300多米。对于如此庞大的水上自浮式装置而言,该装置在水上的浮态与稳态是保持防撞装置自身运行可靠、受力合理的关键。为此通过模型试验验证防撞设施浮性与稳性。试验结果表明在三种典型水位流量工况下,防撞设施的浮态与静水条件下大致相同。当船舶撞击防撞带,使防撞带破损进水,防撞带的水上浮出高度仍可保证在1 m以上,防撞设施仍具有较好的浮性。在内河中的波浪,以及船行波作用下,防撞带在拱顶处、距拱顶1/4处,不会产生的较大竖向晃动,保持良好的稳性。     

拱形自浮式水上升降防撞装置的浮性与稳性

拱形自浮式水上升降防撞装置是由重庆交通大学发明的一种新型桥梁防撞装置,它主要由导向井、防撞带和浮筒三大部分组成;其中防撞带和浮筒都是钢结构,导向井采用钢筋混凝土结构,整个结构长达300多米。对于如此庞大的水上自浮式装置而言,该装置在水上的浮态与稳态是保持防撞装置自身运行可靠、受力合理的关键。为此通过模型试验验证防撞设施浮性与稳性。试验结果表明在三种典型水位流量工况下,防撞设施的浮态与静水条件下大致相同。当船舶撞击防撞带,使防撞带破损进水,防撞带的水上浮出高度仍可保证在1 m以上,防撞设施仍具有较好的浮性。在内河中的波浪,以及船行波作用下,防撞带在拱顶处、距拱顶1/4处,不会产生的较大竖向晃动,保持良好的稳性。     

基于AQWA的张力腿平台动力响应分析

为研究极端海况下张力腿平台(TLP)的动力响应性能,对一典型传统式TLP平台进行整体设计,并应用势流理论和波浪的辐射/衍射理论,结合水动力分析软件AQWA,考虑随机波浪载荷及风、流载荷的共同作用,对平台在极端海况下的动力响应进行了数值模拟分析,计算在多个不同入射角波浪作用下的平台六个自由度上运动的幅值响应算子(RAOs),模拟分析在极端海况P-M波浪谱作用下平台的动力响应和张力腿的运动响应.结果表明:波浪入射角的不同对平台垂荡运动的RAOs没有明显的影响,对另外5个方向运动RAOs的幅值有明显影响;张力腿提供的附加刚度,对平台上体纵、横摇及垂荡响应作用明显,对平台纵、横荡及首摇也有一定的限制作用;平台的动力响应主要由波浪荷载引起;张力腿在平台上体带动及流荷载作用下会产生较大幅度运动.总之,在张力腿的有效约束下TLP平台可以避开能量集中的波浪频率,表现出良好的纵、横摇及垂荡性能,而张力腿的安全和性能将成为平台安全和性能的重要指标.     

波流作用下导管架码头结构浮运模拟数学模型及验证

提出了一种导管架浮运稳定性数学模型．模型中,将导管架看作刚体,主要考虑波流荷载及拖缆对导管架的作用;依据刚体运动学相关理论,建立了导管架运动方程;波浪水流荷载用莫里森公式计算,控制方程采用4阶龙格一库塔方法进行求解．模拟了导管架浮运过程中波浪作用下6个自由度的位移响应和拖缆力,与水槽试验得到的拖缆力实测结果进行了对比,二者符合较好．对不同波浪入射角度和水流流向条件下导管架拖航情况进行了数值模拟,发现逆向入射30。浪的拖缆力最大,大于正逆向浪的情况．分析了缆绳与拖航方向的平衡角随横纵向流速比的变化趋势,得出比值越大,拖缆与航向的平衡角越大的结论．     

拱形自浮式水上升降防撞装置防撞带结构形式比选

为了更好的保护重庆万州长江公路大桥,重庆交通大学发明了拱形自浮式水上升降防撞装置。这种新型的桥梁防撞装置主要是由导向井、防撞带和浮筒3大部分组成。针对两种不同结构形式的防撞带,采用有限元软件ABAQUS对其结构受力特性、船舶撞击后的防撞效果进行分析,同时在施工工艺和维护难度等方面进行比较,对比发现全钢结构比钢管混凝土结构具有十分明显的优势。因此选择全钢结构作为拱形自浮式水上升降防撞装置防撞带的结构形式更为科学合理。     

振荡浮子式波能装置波浪爬升特性试验

 复杂海洋环境下振荡浮子式波能装置与波浪相互作用过程中,浮子迎浪侧会发生波浪爬升等非线性现象,严重时波浪会越过浮子顶部,这对波能装置的发电效率及工作性能产生不利影响。设计并进行了规则波作用下垂荡浮子迎浪侧波浪爬升特性的物理模型试验,探讨了波浪周期、常数PTO（能量摄取,power take-off）阻尼以及不同周期下改变常数阻尼对波浪爬升特性的影响。研究结果表明,波浪周期较大和PTO阻尼较小时,有利于降低浮子迎浪侧的波浪爬升幅度;波浪周期较小时,改变PTO阻尼对迎浪侧的波浪爬升幅度影响较小。     

水流和波浪作用下渔具锚索张力和形状计算的研究

锚索是张网等定置渔具和鱼类养殖网箱中为了固定有关装置的重要部件,探索水流和波浪对锚索影响是研究定置渔具和设施的重要内容。本文从分析锚索在水流和波浪作用下的受力情况着手,列出水流作用在锚索上的水动力、锚索水中自重、以及波浪对锚索的作用力,再根据力学基本原理建立渔具锚索张力和形状的方程式。在确定初边值后求方程的数值解。用2种不同材料制作的锚索,聚乙烯索和钢丝索对比进行数值计算,从而探索锚索张力、形状与水流、波浪、自重之间的关系。     

新型海上风机浮式平台运动的频域分析

以5,MW 风机为模型,概念性地设计了一种新型海上风机浮式平台。基于三维势流理论和 Morison 经验公式,利用 HydroD 软件计算了浮式平台的水动力系数;根据悬链线理论,编程计算了系泊系统提供的回复刚度;考虑风机与平台、系泊系统与平台之间的耦合以及黏性阻尼的影响,在频域范围内编程计算了风机系统的运动响应,得到新型浮式平台的幅频响应曲线,并在此基础上研究了波浪入射角、水深等因素对浮式平台运动的影响。结果显示,在波浪角为0°时运动响应最大,且浮式平台更适用于较大水深。     

桥墩塑性防撞装置的力学机理

通过一艘4万t级油船撞击箱式塑性吸能防撞装置的有限元数值模拟计算，演示并分析了防撞装置的作用过程．指出了防撞装置受力的3个阶段、防撞力的限制值和防撞装置各构件的吸能特征，解释了防撞装置对桥梁的防护机理．同时介绍了非线性有限元碰撞分析中船舶、防撞装置与桥墩的模型化方法和材料、质量参数等的正确意义，并对防撞装置的优化设计提出了建议。     

不规则波作用下浮式平台对浮式栈桥运动响应特性的影响

浮式平台-浮式栈桥系统具有运输拼组快速，受海底地形环境影响小等优点，在陆-海间大规模人员、物资和装备输送中发挥重要作用。为探究浮式平台-浮式栈桥系统在波浪中的运动响应特性，基于势流理论建立了浮式平台-浮式栈桥多浮体系统的数值模型，计算了该系统的运动响应，并与水池试验的测量结果进行了对比验证。结果表明所建立的数值模型能够较为准确地反映该多浮体系统在不规则波中的运动响应特性。在此基础上，进一步研究了不同波浪谱峰频率、浪向角和桥节相对平台位置下平台对浮式栈桥运动响应的影响。分析发现：高频波浪下平台对栈桥运动的屏蔽效果较低频波浪下更优，运动响应可减少约40%~50%；迎浪状态下平台对栈桥运动的屏蔽效果优于斜浪状态；当波浪入射方向相对稳定且浪向角小于20°时，相较于将栈桥布置于近浪侧和中部的情况，平台对远浪侧栈桥运动的屏蔽效应更显著。     

珠海淇澳大桥船撞能力评估及防撞设计

淇澳大桥主桥为双塔独柱式单索面预应力混凝土斜拉桥,为判断桥墩结构是否满足防撞要求,采用MIDAS计算了桥墩抵抗船舶撞击力值,运用有限元建立了桥墩模型计算5000 t船舶撞击大桥2#主塔桥墩,及500 t船舶撞击引桥1#、0#桥墩的撞击力,撞击力计算与经验公式结果进行对比.结果表明,有限元法与美国ASSHTO规范计算较为接近,桥梁抗撞能力满足防船撞要求.考虑船桥双重保护的理念,船桥撞击时最大程度上保护船舶和降低桥梁损伤,主塔桥墩设计采用自浮式钢浮箱防撞装置,两引桥桥墩防撞采用橡胶护舷进行防护.     

基于AQWA的半潜式深水钻井平台运动响应与锚泊系统张力响应分析

根据南海海域海洋981半潜式深水钻井平台的实际工况,分析了该钻井平台与锚泊系统的风、浪、流等环境载荷;以海洋石油981半潜式深水钻井平台作为锚泊定位系统研究的对象,应用AQWA进行模拟仿真,建立了平台的三维模型,并分析了钻井装置在波浪载荷作用下的运动响应;鉴于该深水钻井装置采用12点对称布锚方式被固定在海平面上,通过改变顶部预张力倾角,分析在不同环境载荷下,顶部预张力倾角对锚泊系统的张力响应和钻井装置运动响应的影响。     

基于CFD的扇形喷嘴不同切割结构研究

扇形喷嘴越来越广泛地应用于清洗作业,但不同切割结构的扇形喷嘴具有不同的性能。采用VOF(volume of fluid)两相流模型,运用CFD(computational fluid dynamics)软件对扇形喷嘴及其外流场进行了数值模拟,研究了当扇形喷嘴出口截面面积一定时,不同的切槽形状和加工方式对清洗效果的影响。研究结果表明:相同的加工方式,V形槽的喷射角略高于U形槽,圆弧形槽的喷射角最小。但在有效作用域上和有效打击力方面,圆弧形槽的最大,U形槽略大于V形槽;水平铣槽加工方式的射流角度和质量流量均大于圆弧铣槽的;圆弧铣槽加工方式相比水平铣槽能提高V形槽和U形槽的清洗能力,但却削弱了圆弧形槽的清洗能力。     

波浪流谱图与桩柱上波力的计算

本文利用实测的波浪流谱图,分析了实际的波面、水质点轨迹速度和加速度场,再根据实测的孤立桩柱上的波力过程线,正确地计算了波力系数C_d、C_m的历时过程线、平台或深水开敝码失上群桩总波力。     

点头鸭式波浪能采集装置的数值模拟

为优化波浪能采集装置,以FLUENT软件为平台,建立了“点头鸭”和波浪水槽模型,对“点头鸭”在稳态均匀流和非稳态规则波作用下的水动力学特性进行了数值仿真。水槽中的规则波采用推板造波的方式生成,自由水面的追踪采用VOF方法确定。模拟得到了两种水流环境中“点头鸭”在受来流冲击时,鸭体所在区域的压力分布、速度分布以及鸭体所受波浪力的变化规律。结果表明,在均匀来流环境下,来流速度越大,鸭体所受波浪力越大,且随攻角增大而增大的趋势越发明显;在规则波环境下,鸭体所受波浪力近似呈周期性变化,其大小与攻角角度有明显关系,但并非呈单调变化。在所研究的工况中,攻角为60°时,鸭体所受的波浪力最大,此时“点头鸭”装置具有最大的可发电机械能。     

单轴轮胎走行部APM车辆的动力学性能

考虑走行轮胎的侧偏效应和滤波效应,使用线性轮胎模型建立了中央导向的单轴轮胎走行部自动导向捷运系统(APM)车辆的动力学方程和Simulink仿真模型,并仿真分析了导向轮与导向轨不同接触状态对APM车辆的曲线通过性能和运行平稳性的影响.仿真结果表明:导向轮设置初始预压力不会明显改善曲线通过性能,但会显著恶化APM车辆的横向平稳性;导向轮与导向轨的间隙增加了通过曲线时走行轮的侧偏力和导向轮的导向力.综合考虑曲线通过性能和横向平稳性,导向轮与导向轨之间应留间隙,但需要控制在0~5mm.     

FRP-混凝土组合式护栏防护重型车辆撞击的能力

为提高低等级混凝土护栏防护重型车辆的能力,设计了3种不同构造形式的复合材料护板,分别设置在混凝土护栏表面形成组合式护栏。建立车-护栏精细化有限元模型,通过与实车碰撞试验结果对比,验证了有限元模型的可靠性。考虑撞击力、碰撞角度、车辆轨迹、货厢尾部抬高、车辆动态外倾值、车辆外倾角6个评价指标,对比分析了3种方案护栏的防车撞性能。结果表明,在整体式货车撞击下,3种方案护栏均能顺利引导车辆转向,不带阻坎的方案一的各主要指标均优于其他方案,防护能力最优;在拖挂式货车撞击下,方案一的护栏导向与阻挡性能依然良好,驶出角仅为0.75°;改造后的组合式护栏防护能量达到650 kJ,防护能力是改造前的4倍。     

基于等截面摩擦管流和自由流阻力的气力输运计算模型

冰雹连续抛射装置中使用压缩空气输运冰雹颗粒,为研究冰雹抛射运动规律,通过建立对应的气力输运计算模型,研究了冰雹抛射速度规律,分析计算结果指导冰雹抛射装置设计。将压缩空气在系统中的流动简化为流体网络。针对等截面摩擦管流,其抛射压力一定即边界条件一定,应用Runge-Kutta法求解该初值问题,获取抛射管沿程的总压、静压等参数分布。使用颗粒自由流阻力模型对颗粒在抛射管内的受力进行分析,从而得到其运动过程及最终抛射速度。对影响抛射速度的关键因素进行分析,结果表明：随着抛射气源压力的增大,空气流量和抛射速度逐渐增大,抛射速度增长逐渐缓慢;随着抛射管长度的增大,空气流量逐渐减小,抛射速度先增大后保持不变;随着抛射管内径增大,空气流量指数型增长,抛射速度也在增大,但增长趋势逐渐缓慢。可见抛射管管径不宜太大,管长不宜太长,计算结果对试验装置设计具有指导意义。