新型箱—板组合浮式防波堤的水动力分析

为提高浮式防波堤的稳定性和消浪效果,提出并设计新型箱-板组合浮式防波堤,采用双水平板和双浮箱的结构型式,运用AQWA软件建立不规则波作用下浮体与锚链的耦合分析模型,研究浮箱与板的相对间距和水平板长度分别对消浪效果、浮体运动响应、锚链系泊力的影响分析。结果表明:(1)浮体的位移幅值和系泊力都随相对间距d的增加而减小,当相对宽度B/L在0.6~0.7之间时,浮体运动响应最小;(2)波浪透射系数Kt随B/L的增大而减小,Kt与浮体吃水深度有直接关系;但随着B/L的增大,d对Kt的影响越来越小,也表明该结构对短周期波的消波效果较好。(3)在一定范围内增加水平板的长度,可以有效减小结构的运动响应;结构在水平板长度为21 m左右时,结构的运动响应、透射系数和锚链系泊力都较小,达到最佳的锚泊状态。浮式防波堤主要设计特点是使结构在保持稳定的状态下,降低经济成本并提高消浪性能,本研究为结构优化设计提供重要参考。     

风浪流作用下漂浮式DeepCWind浮式平台动力性能和系泊系统的影响

以DeepCWind半潜式浮式平台为研究对象,运用ANSYS/AQWA软件,考虑不同风浪流入射角、锚链长度以及锚链是否破断等情况下,研究锚链张力、系泊刚度、系泊力以及卧链长度等因素对浮式平台运动性能的影响。研究结果表明:系泊刚度和系泊力共同抑制浮式平台的运动;纵荡和纵摇的位移幅值在风浪流入射角为90°时达到最小值;纵荡位移与锚链长度成正比,纵摇与锚链长度成反比;在迎浪侧,破断的锚链会使得其相邻两侧的锚链张力显著增加,加剧纵荡位移,但对纵摇影响较小。     

大型浮体水动力响应特性数值模拟及减摇措施

为研究马尔代夫海域大型浮体水动力响应特性及减摇措施,基于三维势流理论和刚体运动方程建立了浮箱水动力响应数值模型,分析了不同纵横比浮箱的水动力响应特性,讨论了减摇板布置方式及形式对浮箱减摇效果的影响,并在此基础上给出了较优的减摇板布设方案。结果表明:纵横比为2∶1的矩形浮箱在各个浪向下的运动响应相对平稳；减摇板宽度对浮箱横摇的控制作用较明显；浮箱迎、背浪面同时安装减摇板时减摇效果受安装高度影响显著；对于迎浪侧的双层开孔减摇板,上层减摇板开度40%时对浮箱横摇控制较好,浮箱横摇有义值极限海况下可降低16.9%,建议优先选用上层带开度的单侧双层减摇板布设形式。安装减摇板对波浪作用下浮体结构强度影响较小,应着重关注减摇板与外壳的连接强度。     

垂直导桩锚固方箱-水平板式浮堤消浪性能试验研究

提出了垂直导桩锚固方箱-水平板式浮堤,通过实验室物理模型试验研究了规则波作用下浮堤模型的消浪性能和升沉运动响应.探讨了相对宽度、水平板层数、水平板与方箱间距等几何参数对浮堤消浪性能与浮堤升沉运动的影响及消浪性能与浮堤升沉运动的相关性.试验结果表明提出的方箱-水平板式浮堤的消浪性能好于单一方箱,在B/L(模型宽度与波长比)为0.2时,其透射系数比方箱模型透射系数减小约0.2,升沉高度比方箱模型升沉高度减小0.3倍入射波高.通过对透射系数的主要影响因素进行多元回归分析得到了透射系数的拟合公式.     

频域内海洋资料浮标垂荡运动特性研究

随波性作为海洋资料浮标的重要设计参数,影响着波浪参数的测量准确度。本文应用三维势流理论计算了圆盘浮标体的附加质量、兴波阻尼系数等水动力系数以及波浪激励力,基于单自由度运动方程研究了自由浮标的垂荡响应。考虑锚链垂向弹性回复刚度系数对浮标垂荡的影响,研究了两种类型系泊浮标在波浪中的垂荡运动响应。研究发现,直径3 m浮标较直径10 m浮标具有更好的随波性,且锚链对3 m浮标的垂荡运动的影响较10 m浮标更为显著。研究结果对波浪传感器的参数修正具有重要意义。     

船行波对系泊船舶影响的数值计算

针对限制水域中船行波对系泊船舶的影响问题,运用重叠网格技术,基于数值方法的有效性验证,对系泊船舶在船行波中的运动响应及受力进行了数值计算分析,探讨了不同航速、航道几何形状及码头形状对船行波中系泊船舶的运动响应和受力的影响规律.结果表明:航行船舶的航速对系泊船舶的运动响应及波浪力有显著的影响,当航速增大30%时,橫摇最大幅值和横向力最大幅值分别增加了14倍和6倍;不同码头形状对系泊船舶的影响程度不同,直壁式航道中系泊船舶受到的横向波浪力和横摇的最大幅值几乎是在斜坡航道中的2倍,而斜坡倾角的变化对系泊船舶的运动影响则较小.     

缆绳直径对多浮体系统动力性能的影响

为了解多浮体系统动力性能与系泊缆直径的关系,利用频域势流理论对柔性多浮体系统进行理论分析,计算出浮体运动RAO(响应幅值算子),讨论了波向角为0°,45°和90°工况下系泊缆直径对浮体运动响应和缆索张力的影响。结果显示,系泊缆直径从56mm渐增至114mm时,穿梭油轮的最大水平位移减小,最大横摇角增大,柔性装置的水平运动响应增强,浮体间最大系泊缆力的最大张力增大2~5倍;受柔性装置扭转效应的影响,最大系泊链力随直径渐增而迅速增大。分析表明,系泊缆直径是调节多浮体系统性能的一个重要参数,对整个系统的动力性能有显著影响,设计时应予以充分考虑。     

双筒双板型浮式防波堤水动力试验研究

采用物理模型试验方法,研究一种由浮筒、竖直板、横向连接板组合而成的HDPE材质的新型浮式防波堤结构在海洋动力下的响应过程。结果表明,该结构透射系数及锚链拉力受波浪周期的影响较大,均随波浪周期的增大而增大;锚链刚性越大,对模型的约束越强,所受到的锚链拉力越大;波高的改变对透射系数影响不大,但锚链拉力随波高的增大而增大,且周期越大,锚链拉力随波高增长的速率越快。     

锚泊浮式结构波浪上运动的频域算法

介绍一种计算系泊浮式海洋结构在波浪上运动响应的方法,与一般现有的系泊结构动力计算方法不同,它是应用频域法考虑了系泊系统与结构运动间的动力耦合,特别是应用二阶摄动方程,解出系泊浮式结构系统的二阶慢荡运动。该方法能正确地确定慢漂运动、低频锚链力等在工程设计中感兴趣的数据,适用于油轮、半潜平台、转塔式FPSO以及张力腿平台等各种型式的浮式结构和系泊方式。程序的计算结果经过了大量的与相应模型试验结果的校核。表明所给出的结果可靠。     

运动圆柱体水平撞水时的弯曲振动响应分析

针对空投弹药入水冲击问题,应用结构振动学理论及相关求解方法,研究了圆柱体在水平入水时与水面发生碰撞瞬间沿长度方向受到水面冲击载荷作用时的弯曲振动响应,建立了数学模型,并利用动力学仿真软件对其入水过程进行了仿真计算.结果表明圆柱体材料弹性模量、截面积、质量和长度对其响应有很大影响,使用文中所采用的解析法可以计算运动体水平撞水瞬间的弯曲振动响应,为空投入水弹药壳体设计提供理论参考.     

浮式液化天然气系统液体装载船体的耦合响应

开发了一套分析浮式液化天然气(FLNG)系统中船体运动与液舱晃荡耦合响应的数值模拟程序.该程序基于频域势流理论获得船体的频域水动力系数,并根据脉冲响应理论(IRF)实现船体运动的时域计算;基于势流理论采用边界元法进行液舱晃荡的时域预报;通过迭代计算实现运动与晃荡响应的耦合预报.开展模型试验研究固体、液体装载船体在波浪中的运动响应.结合数值计算结果和试验结果研究晃荡和船体运动的耦合机理,讨论了不同液舱布置形式下的耦合响应变化.结果表明:液舱晃荡会显著改变船体的横荡、横摇运动响应,对垂荡运动影响较小;改变液舱宽度可以减小横摇运动引起的晃荡幅值,而横荡激励的晃荡响应主要与晃荡固有频率有关;液舱垂向位置变化仅改变与横摇模态的耦合响应,与横荡运动的耦合作用不变.     

基于AQWA的潮流能发电平台稳定性研究

文章应用水动力学软件AQWA对在随机波浪荷载和风、流荷载联合作用下的浮动式发电平台的稳定性进行研究,分析了5种工况下该平台遭遇迎浪(0°浪向角)、艏斜浪(45°浪向角)、横浪(90°浪向角)时的横荡、纵荡、艏摇运动响应幅值,比较了该平台在破损工况(有系泊缆断裂工况)和完整工况(无系泊缆断裂工况)下的运动响应幅值。结果表明:平台的艏摇、横荡和纵荡运动响应的最大值分别发生在遭遇艏斜浪、迎浪和横浪时;在系泊缆断裂瞬间该平台所有方向运动响应均有大幅增加,其中破损自存工况下艏摇运动响应幅值是完整工况下的6~7倍。     

双弧板式透空堤消浪特性物理模型试验

为探究双弧板式透空堤在不同工况作用下的消浪效果,本文基于物理模型试验对该新型透空式防波堤的消浪特性开展了研究.在比较其与平板式透空堤消浪特性的基础上,探讨了相对波高、相对板间距、相对潜深和相对板宽对双弧板式透空堤消浪特性的影响.结果表明:双弧板式透空堤的消浪效果优于双平板式透空堤.对双弧板式透空堤而言,透射系数随相对波高的增大而增大,反射系数则相反.透射与反射系数受相对板间距的影响不显著.透射系数在出水状态(相对潜深为-0.05)时最小,入水状态(相对潜深为0.05)时最大,静水面处居中;反射系数则在出水状态时最大,入水状态时最小.透射系数随相对板宽的增大而减小,反射系数则相反.     

地震作用下基坑复合土钉支护动力响应参数分析

为了研究地震作用下土钉+水泥土搅拌桩复合土钉墙在不同支护参数下的动力响应,利用大型有限元软件ADINA,对某基坑土钉+水泥土搅拌桩复合土钉墙建立了局部三维有限元模型,研究了土钉倾角、土钉长度、土钉水平间距、搅拌桩嵌入深度对边坡的位移响应、加速度响应、轴力响应的影响.结果表明:地震作用下,开挖面的水平位移峰值、水平加速度峰值、土钉轴力峰值随土钉倾角的增大而增大,随土钉水平间距的增大而增大,随土钉长度的增加而减小;增大搅拌桩嵌入深度开挖面水平位移峰值减小,但水平加速度峰值、土钉轴力峰值的减小并不明显.     

库区滑坡涌浪水域船舶系泊系统动力特性试验研究

为提高海事部门在滑坡涌浪灾害下的应急应变能力,减少伤亡和损失,研究库区滑坡涌浪作用下船舶系泊系统的动力特性分析,具有极高的社会经济效益。本文以三峡库区岩体滑坡为研究对象,结合试验条件,模型比尺为1:70,考虑弯曲河道涌浪的传播形态,以系泊位置、锚链布置等为变量,开展库区滑坡涌浪的物理模型试验,分析船舶系泊系统的动力特性。研究表明,滑坡涌浪对船艏锚链的作用大于对船艉锚链的作用,采用多点系泊方式可以降低锚链设计时的强度要求,船舶在远离滑坡点时所受到的影响越小,同时,锚链拉力的大小变化趋势和滑坡涌浪衰减的变化趋势一致,研究成果可以为三峡库区船舶通航安全提供新的理论依据。     

漂浮式潮流电站系泊张力分析

漂浮式潮流电站是潮流能开发的一种典型方式,系泊系统的设计分析是潮流电站开发的重点和难点之一,由于水轮机产生的流力巨大,系泊系统分析时需要对水轮机进行分析和考虑.基于(计算流体动力学)CFD技术,得出水轮机受力和水动力性能,应用软件对潮流电站锚链受力进行计算,对系泊系统进行校核.从结果中可以看出,由于水轮机的影响,对电站系泊系统提出了相当高的要求,设计的系泊系统满足要求.分析计算接近工程实际,计算结果将为实际工程应用提供理论依据和数据支持.     

准椭圆沉箱群墩结构波浪力试验研究

通过物理模型试验研究不规则波对准椭圆沉箱群墩结构波浪力的影响.试验中入射波向为0°～22.5°,平均周期为1.03～1.63s,准椭圆沉箱的相对间距L/D(L为沉箱间中心距、D为沉箱宽度)采用2.00、2.68和3.00.试验的模型比尺为1∶50.试验波谱采用改进的JONSWAP谱,试验包含72个不同的试验组次.对试验数据进行统计分析,给出了入射波向、周期、相对间距等因素与准椭圆沉箱所受波浪力之间的关系,并讨论了准椭圆沉箱侧壁开孔对结构物所承受波浪力的影响.研究结果表明,沉箱相对间距的增大可以减小沉箱承受的正向波浪力;侧壁开孔可以显著降低沉箱承受的横向波浪力.     

重心高度对浮式结构水动力性能的影响

 通常在计算模拟海上浮式风机平台运动时, 外部结构形式是影响水动力性能的主要因素, 而重心在水动力计算中的影响则被忽略.为了研究重心变化对结构物水动力响应的影响, 以5MW浮式风机平台作为研究对象, 通过数值模拟的方法, 分别对浮筒间距、撑杆形式以及有无垂荡板与重心高度变化结合加以分析研究.结果表明:改变浮筒间距时, 重心高度对水动力性能的影响主要体现在横、纵摇及横、纵荡方面, 且浮筒间距较大的基础形式达到峰值响应时的重心更低;斜撑的改变与其随重心变动得到的运动幅值规律一致, 且峰值响应之后的各响应幅值在数值上基本相同;垂荡板的添加有效降低了纵摇及垂荡幅值;对于三浮筒半潜式平台, 最佳重心位置为水下3~8m处.     

局部系泊失效下的TLP平台鲁棒性评估方法研究

张力腿平台在发生局部系泊失效时可能诱发连续失效进而导致平台整体倾覆.为了研究其抗连续失效的能力,结合张力腿平台在局部系泊失效下的响应特点和结构特点,对其进行鲁棒性评估方法研究.通过在水动力分析软件AQWA中建立张力腿平台模型,分析张力腿平台在局部系泊失效下的响应特点和结构特点.从结构属性、结构性能和运动性能3个方面,分别设置合理的鲁棒性定量评估指标,并通过熵值法对指标赋权从而建立确定性鲁棒性评估指标体系,并据此设置了合理的鲁棒性评估流程.最后运用所提出的鲁棒性评估方法进行实例计算,对规则波作用下的两根不同筋腱失效位置组合的张力腿平台进行鲁棒性评估,以验证本文提出方法的适用性和可行性.结果表明:同一立柱下两根筋腱同时失效的鲁棒性表现最差,而对角线立柱下的两根不同筋腱同时失效的鲁棒性表现相对最优;在迎浪、背浪、边浪浮箱下的两根不同筋腱失效的位置组合中,三者的鲁棒性表现相近,背浪浮箱下的两根筋腱表现略差,边浪浮箱下的两根筋腱略优.     

张力腿平台局部系泊失效模式下动力响应分析

针对浮体-张力筋腱非线性耦合系统,采用时域分析方法对局部系泊失效下的张力腿平台进行动力响应分析,重点研究两根筋腱失效时筋腱失效位置、波浪载荷参数与平台各自由度动力响应的关系.结果表明:局部系泊失效对平台横荡、纵荡、艏摇自由度的动力响应影响远小于横摇、纵摇、垂荡自由度;失效位置与平台动力响应关系密切,失效筋腱位置越集中,平台响应越大,反之亦然;筋腱失效后平台在不同波浪载荷参数下的运动特性及顶端张力表现各异.垂荡瞬态阶段响应对波高和波周期敏感性较强,垂荡稳态阶段响应对浪向、波高和波周期敏感性较强;纵摇(横摇)瞬态和稳态阶段响应对浪向、波高和波周期敏感性均较强;波浪载荷参数对筋腱顶端张力的影响较小.