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.     

滚装船在波浪和移动重载荷作用下横摇的浮基多体系统动力学分析

在滚装船—自由移动重载荷组成的浮基多体系统中,取滚装船的横摇角和重载荷在甲板上的横向位移为此系统的两个自由度。运用浮基多体系统动力学方法,建立了系统的动力学方程。以某型海峡滚装渡轮为例,对在若干重载荷同步自由移动和波浪共同作用下的滚装船横摇响应和重载荷位移响应进行了数值计算。可以为滚装船的安全性分析提供理论指导。     

波浪作用下结构的动力响应研究

波浪力是作用在港口工程结构物上的主要荷载之一,由于波浪的特性,结构物在波浪作用下会产生振动、疲劳等危害。利用有限元软件ANSYS模拟墩台结构,计算分析了该结构在波浪荷载作用下的内力、位移和振动等动力响应问题。计算由四个部分组成:重力作用下的结构静力响应、结构模态分析、结构谐响应分析和波浪作用下结构瞬态动力分析。     

波浪载荷与砰击载荷联合作用下SWATH船结构动态响应

针对SWATH船特点,基于平板砰击理论,考虑砰击载荷的时变特性和空间分布不均匀性,提出了随时间和空间变化的砰击载荷公式;采用实时直接加载技术模拟波浪载荷与砰击载荷的联合作用,对某SWATH船在波浪载荷与砰击载荷联合作用下振动响应特性进行了整船数值仿真研究,讨论了砰击对结构总强度的影响. 研究发现：对于SWATH船,波浪载荷与砰击载荷联合作用有其特殊的结构响应模式. 联合作用的整体效应并不是单体船那种沿纵向的两节点弯曲振动,而是连接桥结构的横向弯曲振动;联合载荷作用对湿甲板边缘和支柱外板与横框架连接处的强度威胁较大;砰击对船体振动响应影响重大,从而影响结构总强度和总变形.     

跷跷板式波浪能装置阵列发电性能分析

 波浪蕴含着巨大的能量,也具有较大的破坏作用。提出了一种跷跷板式的波浪能发电装置,采用双浮筒型的水面浮子结构形式,在水下设置垂直阻尼板。波浪激励浮子产生横摇运动,利用浮子与水下阻尼板的相对摇荡运动发电,结构简单,运行可靠。利用ANSYS-AQWA水动力分析软件计算了标准单体、大面积单体和多体阵列的发电性能,结果显示,在周期6.28 s,波高2 m的海况下,跷跷板装置具有每平方米上百瓦的发电能力,具有显著的应用前景。     

甲板上浪船舶随机横摇响应的数值模拟

数值模拟随机横浪中甲板上浪船舶的横摇响应．考虑随机横浪激励和甲板上浪引起的横倾力矩,建立船舶随机横摇运动方程．基于伯努利方程,推导船舶甲板上浪水质量的计算公式．以一条拖网渔船为例,计算不同波高作用下船舶的横摇响应,分析甲板上浪对船舶倾覆的影响．研究表明：考虑加工甲板上浪后,船舶有2个横摇中心,在响应过程中发生由一个横摇中心到另一个横摇中心的随机跳跃;单独考虑捕鱼甲板上浪或加工甲板上浪时,船舶可以承受大的波浪载荷而不发生倾覆;同时考虑捕鱼甲板上浪和加工甲板上浪时,横摇过程中捕鱼甲板上浪水量突然增大,导致船舶倾覆．     

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.     

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.     

桁架式近海结构物整体波浪载荷分析

本文以各种直径、杆件方向和长度各异的圆柱型壳体水下杆件为主要构成形式的桁架式近海结构物为对象,首先逐一计算组成桁架式结构的每一杆件的波浪力,然后对这些单一杆件的波浪力进行叠加来得到结构物的整体波浪载荷,在此基础上分析在不同的波高、周期以及浪向等波浪环境下结构物的动力响应,分析不同的结构形式对波浪载荷响应的影响。本文的计算结果可为结构物在波浪环境下整体极限波浪载荷以及在这些极限载荷作用下结构物的水动力特性评估提供依据,同时利用本文所提出的方法,也可以计算桁架式近海结构物在设计波作用下的整体弯矩、剪切力以及设计者所需要了解的波浪载荷沿结构物特定形式的分布。     

破舱进水对船舶横摇运动的影响

为研究船舱破损进水对船舶横摇运动的影响,建立了破舱进水船舶在规则横浪中的横摇运动微分方程,将进舱水晃荡产生的动力矩作为作用于船舶的外力矩.利用FLOW-3D对进舱水产生的动力矩进行仿真模拟计算,利用Matlab编程对破舱进水的横摇运动方程求解,计算分析破舱进水晃荡对船舶横摇运动的影响.以一艘拖轮为例,用时域法对不同波浪频率下的横摇运动响应进行计算,对比分析了规则横浪中的完整和破舱状态船舶的横摇运动响应特性.结果表明,在船舶大幅运动时,进舱水液面会成波浪状,产生翻卷和破碎,引起较大的合外力矩,使横摇运动幅值增大,危及船舶安全.     

铰接多浮体系统在规则波作用下的运动响应

基于线性势流理论,利用模态法在频域内研究了铰接多浮体结构在规则波作用下的运动响应.首先采用边界元法建立边界积分方程求解水动力系数及波浪激振力,然后基于最小势能原理采用拉格朗日乘子法推导出系统的约束矩阵,并利用该约束矩阵建立系统运动方程求解各运动模态的运动响应幅值.通过与已发表的5个铰接漂浮方箱在规则波作用下运动响应结果的对比,证明了方法的正确性和有效性.以3个铰接的箱型浮体为例,讨论了水深、铰接位置对结构运动响应的影响.研究发现水深、铰接位置均会对结构的运动响应产生一定影响,且对于不同的波浪周期其影响程度也不同.     

频时域混合法求多浮体系统的不规则波运动响应

介绍了一种用于预报多浮体结构在波浪中的运动响应的频、时域混合法。根据确定不规则波的跨零经,用频域法求解浮体的水动力系数,并适时求解非线性描力等外力,方程求解时引入动力有限元中的增量平衡方程,利用本方法预报了由６个单体组成的中空浮动结构对波浪的运动响应,并与试验结果进行了比较,数值结果与试验数据具有较好的吻合程度。     

寻乌离子型稀土矿体抗剪强度特性试验研究

江西寻乌的离子型稀土矿体为属于粉土,是介于砂性土和黏性土之间的一种过渡性土。研究该类矿体的抗剪强度计算方法,对于分析原地浸矿过程的边坡稳定具有重要意义。应用水土分合算理论,引入水压率的概念,从土的微观层面上分析水对矿体强度的影响,设计出一种室内测定水压率的试验装置。测定不同孔隙比下的水压率,采用GDS三轴仪测试总应力指标和有效指标,分别计算水土合算、水土分算和水土统一算法下稀土矿体的抗剪强度。试验研究结果表明:矿体孔隙比越大,水压率越大,饱和矿体的抗剪强度随着水压率的增大而减小;寻乌稀土矿体的水压率值为0.90~0.92;因而,采用水土统一算法计算得到的抗剪强度值与水土分算法的抗剪强度值更接近,与水土合算下的抗剪强度值相差较大。     

深水浮式海洋平台水动力性能计算研究

在以边界元方法（BEM）和计算流体力学方法（CFD）构建的软件平台基础上,实现了有关深水浮式海洋平台设计中诸多水动力性能计算,包括波浪中的运动响应与荷载计算、砰击荷载预报、气隙校验、立管动力响应分析、系泊与动力定位系统评价,以及出入水问题的解与工程应用等.所有算例计算表明,计算或预报结果具有工程应用精度,可以为工程设计提供参考.     

椭圆余弦波作用下海床的响应

根据椭圆余弦波理论,计算了在滨浅海区域波浪作用下海床表面的波压力.通过参数分析,研究了海床弹性参数、渗透性以及孔隙水的压缩性对椭圆余弦波作用下海床孔压响应的影响.研究表明：孔隙水的压缩性、海床的渗透性、剪切模量、泊松比对海床的孔压响应有明显的影响,海床的渗透各向异性对孔压响应影响较小.
     

小水线面双体(SWATH)船纵向运动的控制

本文讨论了ＳＷＡＴＨ船静水中纵向运动稳定性和其在波浪上纵向运动消减的最 优控制问题。计算结果表明，设置两对一定面积的稳定鳍并对其加以特定规律的控 制，能达到保证ＳＷＡＴＨ船在静水中的纵向运动稳定和消减波浪中运动的目的。本 文方法可供设计参考使用。     

浅层水中爆炸直达波压力峰值计算方法探讨

探讨了浅层水中爆炸直达波压力峰值的计算方法。通过理论研讨，提出了浅层水中直达波压力峰值相对无限场中下降的临界时刻。临界时刻之后直达波压力峰值降低的程度用下降系数描述，应用相似理论推导出了该系数随试验设置参数变化的公式模型，用该系数修正库尔压力公式，得出了浅层水中爆炸直达波压力峰值的计算公式。对试验数据进行回归，得到了试验条件下公式模型中各参数的取值范围。计算值与实测值的比较表明，该公式具有一定的精度。     

基于库水位涨落与降雨耦合作用下新田崩塌体变形分析

三峡库区水位调动不断影响沿岸的地质条件,沿岸涉水滑坡与崩塌体变形严重,为分析水位变化与降雨对沿岸的作用,以新田崩塌体为研究对象,通过现场地质调查及工程测量,建立崩塌体计算模型,采用数值模拟方法对该崩塌体在库水位变化、降雨和二者耦合作用工况条件下的变形破坏进行分析,在二维模型中利用Morgenstern-Prince法对新田崩塌体在不同工况下进行稳定性计算,同时建立三维崩塌模型进一步研究崩塌体破坏机理,在数值模拟中监测应力、位移、孔隙水压力及等效塑性应变的变化,结果表明：水位骤降与强降雨同时作用下对对新田崩塌体的变形影响很大,同时在最不利工况下,利用计算结果建立崩塌体变形破坏的数值预测模型,为崩塌体的后期防治提供参考。     

坠落式危岩剧动式崩落与激振效应

针对坠落式危岩,考虑自重和裂隙水压力影响因素作用下,建立危岩崩落激振效应物理模型。联合断裂力学和波动理论从能量角度量化危岩体之间的相互作用,获取崩塌体崩落瞬间的启程速度计算式,根据危岩崩落激振波在岩体内的传播机理,构建了激振波作用下岩体介质质点位移速度计算方法。通过实例分析,建立的坠落式危岩剧动式崩落与激振效应分析结论和实际情况基本一致,对进一步实施危岩破坏及演化机制研究提供了科学依据。     

内波孤立子的非波导荷载计算

为全面分析不同形态内波的危害,将孤立子视为非波导内波的一种情况,以70 m水深浅海Holmboe密度分层和5 m直立圆柱为例,应用内波垂向结构Sturm-Liouville控制方程的模态分析方法计算了不同模态下的孤立子内波荷载．结果表明,孤立子内波具有阵发性和与模态相关的剪切,其荷载较波导内波的情况大一个量级,是形成内波危害的主要形式．