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。     

基于环境变量的海洋浮标抗风等级计算

海洋浮标是一种布放在特定海域的观测装备,常用于定点观测风、浪、流、海温等海洋气象要素。本文对浮标浮体和锚系分别进行受力分析,给出了浮标在风、流、浪联合作用下的泊稳条件。采用Python编程语言编写了一套浮标抗风等级计算程序,可以计算特定浮标系统所能抵御的最大风级,以及特定风级下浮标系统泊稳所需的最小锚重,并通过一个浮标在台风天气下走锚的实际案例对程序计算结果进行了分析。计算结果还表明,海浪对浮标的作用力为流作用力的7～10倍,为风作用力的36～106倍,其作用在浮标受力分析和计算中不可忽略。本研究可为海洋浮标系统的布放设计和维护提供参考。     

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.     

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．     

锚泊多浮体系统动态响应

为保证锚泊多浮体系统能够在波浪中正常作业和生存,基于三维频域Green函数法就一定水深不同浪向下锚泊多浮体系统的运动响应、锚缆拉力和连接器载荷进行了数值预报.分析中考虑到了浮体辐射势之间的相互影响以及连接器和锚系对于浮体运动响应的影响.分析表明,浮体的运动响应、连接器栽荷以及锚缆张力受波频和浪向的影响很大,各项的极值出现在低频范围,浪向在30°和45°之间,连接器载荷出现最大值,而锚缆张力则在浪向90°时张力最大,处于迎浪面的锚缆张力较大于处于背浪面的锚缆张力.     

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.     

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.     

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.     

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。     

深海抗风浪网箱锚泊系统的设计

通过对网箱框架、网衣在风、浪、流作用下的受力分析，建立网箱锚泊系统缆绳受力计算的数学模型。以国家十五“863”计划课题一“深海抗风浪网箱的研制”所设计的网箱为例，选定山东荣成市寻山海域10年一遇的灾害海况为设计计算条件，根据Morison公式，采用Goodman—Lance方法求得单个网箱的锚泊力为65．67kN。在此基础上对网箱的锚泊系统进行设计，确定了锚泊系统每只锚重250kg，锚链重为150kg，缆绳长度为33m。     

单点系泊系统动力响应分析

分析了单点系泊系统在我国海洋石油开发中的应用．通过简化，得出了单点系泊系统的力学模型；根据拉格朗日方程．导出了单点系泊系统（多点系泊浮筒－单点系泊缆－油轮）的运动方程式；分别分析了浮筒与油轮受到的海浪力、阻尼力以及锚链的系泊力．最后给出了运动方程式及求解方法．     

一种波浪浮标弹性系留系统

橡胶缆弹性系留是国际上近年来使用的较新的系留方式。设计了一种波浪浮标弹性系留系统,并对端部接头装置进行了改进。经过海上试验验证,使用此系留方式的浮标系统测量的数据更接近真实值。     

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。     

风、浪、流联合作用下系统系泊力的时域计算方法

为解决海洋工程中系泊系统在风、浪、流联合作用下系泊力的计算问题 ,在时域内建立了一种计算防风水鼓系泊系统系泊力的方法。在分析波浪荷载时 ,使用了设计波法和非线性 Stokes五阶波 ,并由经验公式求出了船舶的风、流作用力。由准静态方法计算了初始条件后 ,在忽略了锚链和水鼓动态效应对船舶运动的影响的条件下 ,求解了系泊力和船舶的运动时历。再由二维集中质量法建立了锚链和水鼓的数学模型 ,用 Houbolt方法求解了锚链和水鼓的运动方程 ,并对系泊力进行了修正。模拟计算结果与经验公式计算结果吻合较好 ,且模拟计算的时域特征表现突出 ,建立的时域计算方法可用于防风水鼓系泊系统的系泊力计算     

波浪浮标系留系统

为减少波浪浮标系留系统对浮标在波浪中的运动响应的影响,保证系统对波浪参数,特别是其中的波浪方向参数测量的准确度,在新研制的SBF3-1型波浪浮标遥测系统中,首次采用了带有弹性部件的弹性系留系统,该弹性部件由专门研制的橡胶缆绳和相应的螺旋状护缆组成。经过半年多的海上试验证明,使用该系统后所测量出的波浪数据更接近真实值。     

悬链线状的海洋浮标锚泊系统

本文根据海洋流体力学原理对海洋浮标的悬链线状锚泊系统进行了分析、论述和计算公式推导,并以HFB—IB型海洋浮标站为例,给出了设计计算这种锚泊系统的方法。     

水下系泊浮筒结构设计方法研究

以一种水下系泊浮筒结构为对象,对其设计方法展开研究．采用标准}￡紊流模型计算不同拓扑结构的浮筒管段截面的绕流阻力系数,应用Morison方程和波浪理论计算波流作用下浮筒结构的流体力,利用梁弯曲理论计算浮筒调整装置系泊位置,基于非线性有限元理论分析连接结构强度．在此基础上,研究系泊浮筒管段截面形状、浮筒结构刚度和浮筒连接结构强度等参数的设计方法,试图探索水下系泊浮筒结构设计理论与方法．通过设计实践,验证了水下系泊浮筒结构设计理论与方法的有效性．     

基于静力学模型对系泊系统参数设计的研究

针对系泊系统中铁桶倾斜角度、锚链形状、浮标的吃水深度和游动区域等参数的设计问题,通过运用物体受力平衡条件、结构微分原理,构建了系泊系统的静力学、基于微分方程的悬链线模型。综合使用了Lingo、Matlab软件编程,求解系泊系统中倾斜角度、锚链形状、浮标的吃水深度和游动区域的大小,探讨系泊系统在不同海面风速条件下的系统形态,绘制出锚链形状曲线图,使水声通讯设备的工作效果达到最佳状态。