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.     

浮筒多链系统的静力特性

本文基于受力分析和模型试验的结果，给出了确定多链锚泊系统静力特性的二种实用方法。其中除了考虑多根锚链和锚链弹性这二个主要因素以外，还分别考虑了锚链预拉力和链上挂沉锤等因素的影响。计算结果与实验数据符合较好。     

深水半潜式平台模型试验与数值分析

以一座工作水深为1.5 km的深海半潜式钻井平台及其锚泊系统为例,对其在280 m等效截断水深锚泊系统系泊下的6自由度运动和锚链受力进行模型试验研究,缩尺比取为1∶70.采用非线性时域耦合分析法对原深海半潜式钻井平台系统进行数值分析,并将模型试验和数值分析结果进行比较.结果表明:等效截断水深锚泊系统在静力方面可较好地模拟全水深锚泊系统,动力相似上的不足导致其锚链受力最大值与全水深锚泊系统的相差较大;截断水深模型试验对全水深锚泊系统系泊下的半潜平台运动响应的预报较为可信,而平台锚系的受力情况需辅以数值模拟进行研究.     

SBF3-2波浪浮标锚泊系统设计

SBF3-2型波浪浮标的横向锚泊系统由锚、锚链、尼龙绳和一个漂浮水面的浮筒组成,连接波浪浮标的系泊线始终处于横向水平状态。采用分段悬链线理论对系泊系统进行了静力分析,计算了锚泊线的受力情况和悬链线形状。该系泊系统适用于流速较大的海域,可提高浮标的随波性、抗倾覆能力以及波浪参数测量的准确度。     

多成分悬链线锚泊系统的静力特性分析

在经典悬链线理论基础上,给出N成分悬链线串联重块(和/或浮筒)(数量小于N个)锚泊系统的静力学方程,并应用分段外推数值方法进行静力特性分析,进而得到锚泊线几何形状和张力分布曲线.该方程可以大大方便多成分悬链线锚泊系统稳定状态的计算,为多成分组合式锚泊系统的动力学分析打下一定基础,并可用于海洋工程模拟器中锚泊系统的稳态计算.     

基于锚链状态监测的锚泊安全评估

针对锚泊船在强风中容易走锚的情况，提出了根据锚泊船锚链受力状况，对锚泊状态做出分析的一种安全评估方法．对锚链的监测主要是观测锚链在锚链筒处与铅垂线的夹角，据此可以估算出锚泊船所受到的外力大小．然后将外力与锚泊力进行比较，从而可以判断出锚泊船是否处于安全状态．     

锚泊浮船坞的水动力性能

提出了一种浮船坞锚泊系统响应分析的数值计算模型,运动方程在时域内求解．三维混合积分方程法用于计算浮船坞在频域内的水动力系数和波浪扰动力,并消除了不规则频率的影响．假想作用力法用于模拟锚泊线的作用,考虑了锚泊线的弹性和流力作用．计算和实验证明,在锚链中设置块重能减小浮船坞的最大运动幅值及锚链张力峰值．由于波频运动的影响,交叉锚泊系统其锚链所受的张力幅值比开式锚泊系统大,从而使得交叉锚泊系统锚链的疲劳寿命比开式系统短．     

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.     

深海半潜式平台锚泊系统等效水深截断模型试验设计

以拟在哈尔滨工业大学大气边界层风洞及波浪模拟水槽中进行模型试验的一座工作水深为1 500m的深海半潜式平台锚泊系统为例,缩尺比取为1∶100.介绍深海锚泊系统等效水深截断设计的原理及流程.考虑锚泊线的重力、张力、海流力及弹性伸长,采用分段外推法进行静力分析.基于静力等效原则,在保证锚泊线数目和布置一致的情况下,对其在400m等效水深截断模型进行试验方案设计,满足单根锚泊线和整个锚泊系统静恢复力特性近似相同.采用非线性有限元时域分析方法分别对全水深锚泊线和截断水深锚泊线进行动力分析,比较2种锚泊线在各种环境荷载激励下的动力性能差别,并对二者基于动力特性的等效设计提出改进措施.     

基于悬链线理论的系泊系统的应用

通过对浅海系泊系统整体结构进行受力分析,建立锚链、刚体及浮标受力平衡方程,结合悬链线理论,构建锚泊动力系统算法。对不同风力下系泊系统的吃水深度、浮标游动半径、重物球重量、刚体倾斜角、锚链悬浮高度和水平距离进行求解,并利用MATLAB拟合出锚链形状图,保证结构物和系泊系统的安全。所得结果可为单点系泊、类似系统研究和近浅海观测网运作提供一定的参考。     

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。     

船舶锚泊系统导链滚轮安装尺寸的设计方法

指出了船舶锚泊系统设计中导链滚轮及相关设备的安装尺寸缺乏定量分析的问题,以及对锚泊系统工作的不利影响。讨论了导链滚轮及相关设备的合理安装位置。给出了设计阶段中确定导链滚轮、制链器和锚链简单详细安装尺寸的方法。对导链滚轮的专业标准提出了修改意见。     

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。     

考虑水流力作用的锚链力计算方法

为了研究水流对锚链力的影响,对锚链悬链段采用了质点-弹簧模型,考虑锚链受到的水流力和弹性变形的影响因素,将各点的静力平衡方程相互叠加,建立了锚链力方程并进行了算例的计算。在流速较大时,使用经典悬链线方程计算锚链力的误差较大;当水深超过15m后,3种轻质锚链的锚链力误差均超过5%。研究表明,在锚链力、锚链悬链段形态和水平投影长度方面,锚链力方程的计算结果较经典悬链线方程的偏大,且计算结果受流速和水深的影响。     

走锚预报方法的研究

通过对单锚泊船走锚机理的分析，提出一种利用测力传感器测定锚链张力的，对锚泊船进行走锚预报，并可连续监测抛锚和起锚全过程锚链的受力情况，以判断锚是否抓底或离地，可大大提高锚泊的安全性。     

等效水深截断系统优化设计研究

世界范围内海洋油气开采正在向500～3000m的深海进军．然而,对深海全水深系统进行模型试验相当困难：目前世界上没有一家水池有足够的空间可以在常规缩尺比下容纳一个工作在1000～3000m之间的完整的顺应式系泊浮式生产系统．面对该挑战,目前看起来最可行的就是所谓的混合模型试验技术．应用该技术的首要工作就是设计等效水深截断系统．我们研究了深海平台混合模型试验方法的优化设计问题．研究过程中,主要考虑了截断水深和全水深系统的静力特性相似．将截断水深和全水深系统静力特性相似程度的数值作为目标函数建立了等效水深截断系统优化设计数学模型．通过选择适当的设计准则,可减少截断水深和全水深系统之间的动力特性差异．为计算系泊系统的静力特性,采用四阶龙格一库塔法来求解单根锚泊线的静力平衡方程．当单根锚泊线的静力特性计算出来后,总系泊系统的静力特性可以用拉格朗日插值方法计算出来．建立了锚泊线材质数据库,以锚泊线材质名和直径作为关键字．选用经过改进的混合离散变量模拟退火法和离散复合形法来进行优化计算．采用C＋＋语言基于面向对象方法开发了计算机程序．具体优化计算时,先分别用两种优化法计算出相应的结果,然后选取较好的一个作为最终结果．为考察开发出的计算机程序,文中以一个工作水深为320m的10万吨内转塔式系泊FPSO为例进行了等效水深截断系统优化设计计算,截断水深选为160m,并选取几个典型工况对截断系统和全水深系统都进行了缩尺比为λ=80的模型试验,比较两者的试验结果发现,该文的截断系统设计是成功的．作者将结合一个具体实例对以前发表的关于深海平台混合模型试验方法的论文进行总结．     

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.     

海底管道关于锚泊作业的定量风险评估

各种工况下的锚泊作业,由于操作失误而脱锚,海底管道有被锚或锚链撞击而破损的危险,本文根据锚泊作业的不同情况,提出了锚与锚链撞击管道的概率及撞击能量的计算公式,结合后果分析可得到故障概率,为海底管道在偶然荷载下的定量风险评估打下了基础.     

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.