浮体锚泊系统计算分析

利用数值方法研究了锚泊浮体在风、浪、流联合作用下的运动响应和锚链线张力变化规律.采用的数学模型主要包括三维锚链线静力模型和浮体频域运动模型.在数值计算中,分别采用有限差分法和频域格林函数法求解三维锚链线静力模型和浮体频域运动模型得到锚泊系统的总体刚度和浮体的水动力参数,据此求解锚泊浮体运动方程,得到锚泊浮体的运动响应和锚链线上的张力变化.对一锚泊半潜式海洋平台的实际校核应用证明,本方法可以提供具有工程精度的锚泊性能预报.     

海洋资料浮标锚泊系统的系泊力计算

为了准确预报海洋资料浮标的受力及运动情况,建立了浮标锚泊系统的运动方程,提出了在海洋环境中作用在浮标及锚系上的各种外载荷的计算方法,得到了浮标的运动方程以及锚系的受力表达式。在计算锚泊系统的外载荷时,考虑了作用在锚系上的海流载荷以及由波浪载荷引起的波频运动对锚系的影响。通过算例在时域内对浮标锚泊系统的运动和张力进行了数值模拟计算,结果表明,该方法满足海洋工程中对浮标系统运动和受力分析的精度要求。     

风浪冲击下锚泊渔船的锚链动力负荷

对渔船锚泊时的锚链动力负荷问题进行了分析,在考虑风,浪,流影响的基础上,建立了锚链动力变形方程,着重分析了二阶波浪力导致的相当高的系泊张力,针对钢丝绳及有档电焊锚链,分别计算了其在特定海况下的最大拉力,为工程设计提供了一定的理论基础。     

双频率锚泊线动力分析

本文比较详尽、全面地介绍了一种求解锚泊线动力响应的方法，即将锚泊线的非线性基本运动方程应用摄动法展开，并考虑了运动过程中由于锚泊线位置的变化所引起的对动力响应的影响，得到一阶和二阶的线性偏微分方程，并将此两方程在频率域内求解，得到一阶和二阶频率响应函数，再用傅里叶变求得脉冲响应函数，将脉冲响应数与输入卷积，即得锚泊线动态时历响应，为了验证这种方法，将脉冲响应函数与输入卷积，即得锚泊线动态时历响应。     

船舶锚泊操纵运动预报与分析

结合船舶操纵模拟器的开发,建立了船舶锚泊操纵运动数学模型,以预报分析船舶在锚泊操纵全过程中各种动态运动响应.提出了一种较为合理的锚抓底力的数学计算模型,并计入抓底走锚等影响,给出了具体的数值计算方法.整个模型包括：水面船舶采用MMG模型来进行建模,并计入低速时水动力的影响;水下锚链因其运动是一种三维动态运动,采用针对海洋缆索系统的集中质量法来描述其运动;锚自身因其尺度很小,在确定其抓力的基础上将其视为锚链的一个节点,溶入到锚链的运动控制方程中去.最后,应用该模型对一水面船舶进行了锚泊操纵运动计算,并对比分析了不同情况下的锚泊操纵性能,给出了一些规律性的定性结论.     

锚泊状态下锚链作用力的计算方法

分别给出三种锚泊状态，即船体运动比较平缓、大风浪和走锚下求解锚链对船体作用力的方法．对于有铺底锚链时的静态锚链作用力的计算，着重介绍了两种新的方法——迭代法和优选法．最后通过计算实例，得出了若干结论．为实现完整的锚泊仿真系统提供了重要的理论基础。     

风浪冲击下锚泊渔船的锚链动力负荷

对渔船锚泊时的锚链动力负荷问题进行了分析．在考虑风、浪、流影响的基础上,建立了锚链动力变形方程,着重分析了二阶波浪力导致的相当高的系泊张力．针对钢丝绳及有档电焊锚链,分别计算了其在特定海况下的最大拉力,为工程设计提供了一定的理论基础．     

水流作用下锚泊浮体平衡位置及姿态的求解方法

为了求解锚泊浮体在波浪中的运动响应或是受失控船舶碰撞时的运动响应,首先得求解锚泊浮体系统在不同外部环境下的平衡位置,以获得较为精确的锚链和浮体的初始状态.将锚链考虑为可拉伸的悬链线,建立锚链力的求解方程.以浮体在各个方向的所受力(矩)的平衡为收敛条件,通过迭代求解锚泊浮体系统在海流作用下的平衡位置.结果表明,系统除了在不同流向和流速作用下具有不同的平衡姿态外,还会由于投锚误差导致平衡姿态的不同.     

船舶撞击锚泊防撞系统的能量平衡关系分析

为了研究船舶撞击锚泊防撞系统过程中的能量平衡关系,根据动能定理和锚链力求解方程,计算船舶正面撞击锚泊拦阻系统时锚泊系统的动能和力做的功,主要考虑船的动能、锚与海底的摩擦力做的功以及锚链力做的功.在模型实验的基础上进行分析计算,结果表明,船舶的动能变化量基本上等于摩擦力和锚链力做功之和.说明摩擦力和锚链力做功抵消船舶动能可以作为拦阻系统初步设计的基本条件.     

带控制变量的非线性自回归滑动平均模型在锚泊线动力分析中的应用

根据带控制变量的非线性自回归滑动平均(NARMAX)模型理论,建立了锚泊线的系统模型.该模型在进行系统识别时,将锚链上端点的运动时历作为系统的输入,锚泊线张力时历作为系统的输出,识别后得到的系统表达式可以用来预报锚泊线张力的时历.将模型预报结果与原时历进行比较,结果表明,NARMAX模型预报效果良好.     

码头系泊缆绳张力的蒙特卡洛算法

系泊船舶缆绳张力的模型实验研究和理论计算对于缆绳的选取、系泊设备的设计、系泊方式及预紧力的确定,以及船级社规范的制订都有着重要的指导意义,国内对码头系泊的研究相对较少,且主要依赖于模型实验,本文对系泊船舶缆绳张力的计算建立了数学模型,用蒙特卡洛算法对系泊非线性方程组进行了求解,并编制了计算程序,与实验结果相比,有较好的一致性,用此数学模型的方法求解船舶在风浪流联合作用下缆绳的静张力是可行的。     

潮流发电装置弹性锚泊设计

海洋潮流能是一种利用价值高、潜力巨大的新能源.漂浮式潮流电站是潮流能开发的一种典型方式,发电装置运输至目标海域之后,需要依靠系泊系统长期停泊,故必须计算分析其在各种外载荷作用下的运动性能,合理设计锚泊系统,避免漂浮式电站发生倾覆的可能性.对2×100 kW潮流发电装置进行锚泊系统设计,并尝试在系泊线中加入非线弹性拉伸材料（高弹性索）.根据装置的特点设计了3种不同的锚线布置方案,利用AQWA软件对整个系泊系统进行时域耦合分析,并对不同方案进行了对比分析.计算结果显示,加入高弹性索可以有效的降低锚泊链的最大拉力,同时高弹性索具有质量轻的优点,加入高弹性索可以降低普通锚链的用量,减轻系泊系统重量.经过多次试算在满足安全性的基础上给出了最终的锚线设计形式,证明了加入高弹性索的锚线设计形式适用于漂浮式潮流电站,能够满足潮流电站在强流、大载荷等特殊条件下对锚泊系统的要求.     

新型浮式系泊系统靠泊动力响应分析

以新型浮式系泊系统为研究对象,通过1∶40的模型试验首先分析无波浪作用下船舶排水量和船速等因素对浮体系泊系统靠泊动力响应的影响,并将浮式系泊系统的靠泊试验结果与相同工况下刚性靠泊试验结果进行对比分析,然后对典型海况（波高2,m,周期6,s,入射角90°的波浪）作用下的新型浮式系泊系统进行靠泊分析,得到其在不同靠泊速度下的动力响应.试验结果表明,相对于刚性靠泊,浮式靠泊的靠泊力小,吸收的能量更大.船速和船舶排水量是影响靠泊动力响应的主要因素,船速和排水量的增大将会大大增加护舷撞击力,并使浮式系（靠）泊平台产生较大的位移.由于偏心的影响,船艏首先系（靠）泊,能量大部分被船艏靠泊平台所吸收,船艉系（靠）泊平台吸能比例很小,尤其当初始靠泊能量较小时,两平台吸能差异更明显.随着船速和船舶排水量增大,船艏和船艉靠泊的时间间隔越小,两系（靠）泊平台位移及护舷撞击合力的差距也越小,船艉系（靠）泊平台吸能比例逐渐增大.     

非线弹性系泊缆系泊性能

针对材料特性为非线性的纤维缆,使用有限元法建立了非线弹性缆索方程的数值模型.在不同水深情况下,针对不同材料的4点系泊系统,通过分析比较浮体最大允许位移内各系泊系统的位移-回复力关系,以及缆索上端点水平张力占总张力的比重,得到使用轻质纤维缆的张紧系泊系统在深水环境下较其他形式的系泊系统具有优势.对材料特性为非线弹性的聚酯纤维缆计算缆上端点的张力,材料特性使用线性的应力应变关系拟合非线性特性,其结果与采用非弹线性模型的相应结果进行对比,发现线性化的拟合计算不能真实反映缆索内的实际张力情况,说明了使用非线弹性模型的必要性.以一Spar的系泊系统为例,分析了3种轻质纤维缆的动力特性差异,发现使用聚酯纤维能得到更好的系泊性能.     

舰载直升机系留计算分析

对舰载直升机系留计算进行了系统分析．根据舰载直升机系留系统的特点，在系留计算中提出了一种新的数值计算方法．它运用迭代法，依据能量原理来求解舰载直升机在较大外载荷作用下的刚体位移和系留点及系留索的受力状态．用此方法得到了比较满意的计算结果     

系泊系统动力分析的时域方法

采用准定常时间域方法分析了在风、浪、流联合作用下海上系泊系统的运动及动力特性，在每一时间步系泊力由准静态方法得到，得到船舶运动时历后，采用推广的三维集中质量法求得锚链的动力特性，在计算船舶的静水恢复和Ｆｒｏｕｄｅ－Ｋｒｙｏｌｖ力时，计及了瞬时湿表面变化引起非线性作用。     

基于模矢搜索的船舶系泊评价函数

分析了大型船舶系泊时受力情况,建立了船舶系泊时环境力、缆绳和护舷的受力计算数学模型.根据系泊船舶的受力分析,建立了船舶系泊评价函数,利用模矢搜索法优化求解了船舶系泊评价函数,为船舶系泊安全评价提供了理论依据.利用船舶系泊评价函数计算了175000DWT散货船码头系泊时缆绳和护舷受力,并对计算结果与系泊试验结果和以往的蒙特卡洛计算结果进行比较分析.结果表明,所提出的船舶系泊评价函数和模矢搜索的优化算法是正确的,可以用于对船舶系泊安全进行评价.     

海上风电机组DeepCWind平台系泊缆布置及断裂仿真分析

以NREL 5 MW风电机组和OC4-DeepCWind半潜式浮式平台为研究对象,运用ANSYS/AQWA水动力分析软件和OPENFAST仿真分析软件进行风电机组气动、水动和系泊系统的时域耦合运动分析,研究不同系泊缆数量、角度布置形式及系泊缆断裂等因素对浮式风电机组动态响应和系泊缆张力的影响。结果表明：增大系泊缆的布置角度可提高浮式风电机组平台的稳定性,但同时增大了系泊缆张力,导致安全系数降低;迎浪侧系泊缆断裂瞬态情况下,浮式平台产生明显的运动响应波动,系泊缆布置角度的增大使浮式平台的稳定性急剧降低。     

超期服务浮式平台锚链疲劳寿命安全评估

基于线性累积损伤Miner理论,根据波频和低频波浪力引起的锚链张力统计幅值及锚链损伤后的破断张力,对某超期服务的半潜浮式平台锚链系统的疲劳寿命进行安全评估.研究结果表明：二阶慢漂是引起浮式平台锚链系统疲劳累积损伤的主要因素;锚链损伤后的破断张力对锚链疲劳安全寿命影响较大.文中提出的锚链疲劳寿命的评估方法同样适用于其他超期服务浮式平台锚链的疲劳安全评估.