极端海况下重力式网箱系泊系统数值模拟

开展系泊系统水动力研究对于大型深海重力式网箱在恶劣海况条件下的长期使用具有重要意义.首先采用集中质量法构建重力式网箱系泊系统简化力学模型,基于海洋工程水动力分析软件O rcaFlex建立重力式网箱数值模型,并通过水池物理模型试验验证了在规则波工况下数值模拟结果的可靠性;进而针对钦州湾20 m水深的重力式网箱系泊系统开展了极端海况下的水动力数值研究,极端海况采用了百年一遇极端波浪条件,考虑网箱结构的对称性特点,代表性地分析了0°与45°两种浪向角下系泊缆绳张力变化的差异.研究结果表明,当浪向角为0°即平行于系泊系统中轴线时,缆绳张力幅值较小且受力均匀.研究结论对同类型重力式网箱系泊系统的科学布置具有一定的参考价值,并为大型深海重力式网箱的规模化运行提供前期研究基础.     

系泊系统的设计

本文是对2016年全国大学生数学建模竞赛A题的解答,通过建立单点系泊系统二维静力学模型和三维静力学模型,求解出不同风速,水流力,水深和锚链规格情况下系泊系统的钢桶和各节钢管的倾斜角度,锚链形状,浮标的吃水深度和游动区域.在问题一中,对系泊系统中各部件作受力分析,建立单点系泊系统二维静力学模型,使用迭代法得到各节锚链坐标,画出锚链形状.问题二中,使用问题一中模型,分析可得风速为36 m/s时,因为重物球重量偏小,导致设备工作效果较差,所以使用二次拟合的方法得到合适的最小重物球重量.问题三中,建立单点三维系泊系统静力学模型,通过控制变量法,研究不同型号锚链的影响.     

三维空间下系泊系统的优化设计

系泊系统是近浅海观测网的重要组成部分,如何设计最优的系泊系统从而促进信号的传播具有重要的意义。在三维空间坐标系下,首先对近海水声通讯系统传输节点的系泊系统进行受力分析,得到了系统中各组成部分之间相互的受力关系;其次建立基于多目标规划的系泊系统设计模型,并以系泊系统在海上为例进行实证研究,验证该设计模型的可操作性、有效性;最后运用MATLAB对其进行迭代求解,最终得到不同型号的锚链的最优锚泊系统设计方案。     

浅海观测网的系泊系统的设计

文中研究了浅海观测网的系泊系统的设计问题。考虑对不同风速下(包括极端风速)锚链、钢桶、各节钢管、浮标进行受力分析、综合使用经典力学、悬链线理论等方法,分别建立系泊系统受力、重物球质量迭代等模型,利用Matlab编程,得出不同风速下钢桶和各节钢管的倾角、浮标的吃水深度及游动区域、锚链的形状及约束条件下的重物球的质量等结果。     

恶劣海况下船舶主机的工况影响与分析

舰艇在海上长时间航行,有时经常会遇到恶劣海况的影响,由于航速和主机负荷易发生变化,船舶主机工作变得很不稳定,往往要经受较为严峻的考验。如何对主机进行正确的操纵管理,确保动力安全可靠是机电部门的一项重要任务。该文着重分析了恶劣海况下风浪对船、机、桨的负面影响,就主机在恶劣海况航行中如何进行管理使用提出了自己的几点个人看法。     

近浅海环境监测系泊系统的设计研究

为了有效开展近浅海环境调查监测,本文建立了监测网传输系统中系泊系统的运动方程.根据受力平衡与力矩平衡分析,得到了基于差分方程的系泊系统状态变量的表达式.在满足系统正常工作的前提下,根据所选择的锚链型号可数值计算出在极端天气下所需锚链长度与挂件重物球的质量.结果显示,本方法能确保整个系统可抗强台风、正常运行与海上安全.     

系泊系统的优化设计

对于系泊系统的设计问题,以悬链线方程为基础,通过静力平衡和刚体力矩平衡理论确定系泊系统中各个参数之间的联系,推导出系泊系统整体的数学模型。再利用牛顿-拉夫逊迭代对其进行求解,最终得到不同海况下钢桶和各节钢管的倾角、浮标的吃水深度及游动区域、锚链的形状及约束条件下的重物球的质量等结果,并给出最优系泊系统设计的方案。     

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。     

基于多目标规划的系泊系统的设计

论文应用多目标规划的数学方法以及静力学原理等物理知识,设计新的系泊系统,使其能尽可能地适应环境条件.首先对系泊系统海上漂浮部分进行受力分析,得出了钢桶的倾斜角度、浮标的活动半径、浮标的吃水深度3个变量随重物球质量变化的关系,建立以吃水深度、活动半径,钢桶倾角为目标函数的多目标优化模型,并确定了最佳锚链型号、长度、重物球质量及相应的钢桶和钢管与竖直面的夹角、锚链形状、浮标的吃水深度和游动半径,并由此判断出所设计的系统是否合理有效.     

系泊系统的优化设计模型

该文考察了传输节点在不同布放环境下系泊系统的设计问题。通过对传输节点各个组成部件的机理分析,以力平衡与力矩平衡方程组为基础建立了目标优化模型,给出了系泊系统的设计方案,同时设计了二次搜索算法求解模型。为进一步优化设计方案,调节传输节点中重物球质量,给出了改进思路,并利用所建模型对特定环境下的系泊系统进行了设计,验证了模型的可行性。     

复杂海况下风力发电机建模与动态特性仿真分析

考虑到海上风力发电机可能会受到冰载荷的影响,将随机冰力函数模型添加到风力发电机模型中,利用莫里森方程模拟海浪作用,建立复杂海况下多体动力学联合仿真模型,进行多场耦合作用下的风力机动力学特性分析,以此评估风力机系统在复杂工况下的运行风险。结果表明:风力机塔顶位移的波动主要受风载的影响;波浪、海冰对塔基载荷性能影响较大,会使塔筒产生持续振动并引发疲劳破坏,风冰联合作用时振动更为剧烈;由于海冰的持续撞击作用会使塔基载荷普遍大于无海冰作用情形,因此,针对海冰工况下风力发电机的设计要有所修正及完善。     

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。     

深海海况下钻井船钻柱升沉补偿效率分析

为了合理设计钻柱升沉补偿装置结构,分析了其补偿效率。根据升沉补偿装置物理模型和牛顿第二定律,建立了升沉补偿装置顶驱、大钩和钻柱的三自由度运动数学模型。采用Runge-Kutta算法求解运动模型,获得了设计海况下钻头升沉运动规律。并与1/10升沉补偿装置模型实验结果比对,数值模拟与实验波形吻合。分析了深海海况下,井深、海底刚度以及波浪频率对升沉补偿装置有效补偿窗口的影响。结果表明,深海海况对钻井船升沉补偿效率影响较大。其中:随波浪频率增加,钻柱升沉补偿装置补偿效率由高变低,相当于低频滤波器;不规则波情况下,补偿效率有所降低;井深增加,补偿效率降低;而随海底面刚度增加时,位移补偿效率提高。     

极端海况下海洋立管的动态可靠性分析

运用ANSYS有限元模拟软件,以一海洋立管为模型,采用Morison方程结合Stokes五阶波理论计算波浪力。研究了海洋立管在波浪、海流载荷同时作用下的动力可靠性。利用格拉马-沙尔勒叶级数拟合法分别对海洋立管在三种极端海况下最大米塞斯等效应力响应的分布密度函数进行求解,获得其概率密度分布模型。利用数值积分,采用应力-强度模型计算海洋立管的动态可靠度。分析结果表明:当海况严峻程度增大时,结构的最大米塞斯等效应力随之增大,海洋立管的动态可靠度随之减小,失效概率随之增大。研究结果可以为极端海况下海洋立管的可靠性评估和安全开发提供了一定的理论依据和重要的参考价值。     

水上软刚臂系泊系统YOKE失效分析

以渤海油田水上软刚臂系泊系统YOKE失效案例分析为基础,阐述了YOKE失效分析的基本方法。通过YOKE失效原因分析,对今后复杂环境工况下如何提高系泊系统设计可靠性有所启发。     

系泊多浮体系统波浪运动响应的动力学分析

首先介绍了用势流理论和刚体动力学方程 ,分析系泊单浮体波浪运动响应的频域理论。对于铰联结系泊多浮体系统 ,将其作为铰联结无根树系统 ,用多刚体力学 Huston方法进行了运动学分析。选定广义速率后用其表达出多浮体系统的各种有关运动量。进而使用多刚体力学的 Kane方程 ,并补充以必要的运动学约束关系 ,导出了求解系泊多浮体系统各浮体质心位移和摇荡角位移的动力学方程组。最后归结为可求解各项位移、角位移幅值和相位的复数线性代数方程组。     

棕榈在北方不同生态环境下越冬栽培适应性的生理研究

在设置的不同生态环境小区内栽培棕榈，通过分析越冬栽培期间不同小区内的温度、风速及空气相对湿度等气候因子，观察植株寒害反应及来年生长状况，并结合植株叶片组织水分、可溶性糖及可溶性蛋白的质量分数和过氧化物酶(POD)及超氧歧化酶(SOD)比活性的测定，揭示了棕榈北方越冬栽培适应性的生理基础和伤害发生的可能机制。结果表明，背风向阳的生态环境、一定程度的低温、大风，引发叶片组织中水的质量分数降低、渗透调节物质可溶性糖和可溶性蛋白等的质量分数以及膜的保护酶POD和S0D的比活性提高，这有利于植株抵御寒害，安全越冬。自然裸地生态环境内的低温，尤其是大的风速加之较低的空气相对湿度，使叶片组织的POD和SOD比活性下降、质膜透性增强，叶片呈现生理干旱的伤害性特征，且部分植株生长点部位严重受害，翌年死亡。冬季寒潮所造成的极端低温以及大风引发的生理干旱，是棕榈树在北方户外越冬的限制因子。     

自然海况下波浪特性的初步研究

通过分析大量的海外浮标观测资料，发现波龄和无因次波高之间存在着非常好的相关性，自然海况下的波浪场满足3/5指数律，其波龄可达到几十，远远超过风浪波龄的上限1.4，说明波浪组成波之间波-波共振非线性相互作用是波浪内部结构的主要调节机制，使波高和周期之间具有很好的相关性。     

不同神经元模型在直流外电场下的适应性机制分析

外电场会对神经系统的动力学行为产生影响,但其作用机制尚不明确.放电频率适应性是神经元动力学的一个显著特征,它在神经系统的信息处理过程中起到了重要的作用.为了研究不同神经元模型的适应性机制以及不同机制之间的对比,基于Leaky Integrate-and-Fire(LIF)模型和Ermentrout模型,建立了在直流外电场作用下改进的LIF和Ermentrout适应性模型.通过分析不同模型的放电序列、初始和稳态放电频率曲线,发现LIF模型有两种产生适应性的机制,适应性电流机制使放电频率曲线水平移向高输入方向,且斜率保持不变;动态阈值机制使放电频率曲线呈发散状,斜率递减.而Ermentrout模型只有一种产生适应性的机制.另外通过分析噪声下放电峰峰间期的相关系数和变异系数,进一步阐明直流外电场对不同适应性机制的影响.     

三维空间下的近海水声通讯系统传输节点的系泊系统设计

近海水声通讯系统由多个传输节点组成,每个传输节点由浮标系统、系泊系统和水声通讯系统组成,其系泊系统对水声通讯信号具有显著影响。在三维空间下,对近海水声通讯系统传输节点的系泊系统进行受力分析,得到了系统中各组成部分之间相互的受力关系,接着引入悬链线方程来刻画锚链的受力情况,并运用迭代思想及物体之间的几何关系,利用MATLAB与LINGO专业软件,建立了关于风力、水流力以及水深的系泊系统设计模型。