混沌优化在船舶码头系泊缆绳张力计算中的应用(英文)

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. 文中对小波浪水域码头系泊船舶缆绳张力的计算建立了数学模型,并用混沌优化的方法对非线性系泊方程组进行了求解,其结果与实验结果对比有较好的一致性.     

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.     

船舶系缆张力分析

为了解决船舶系泊安全问题．从定量上了解缆绳受力状况,推导出码头系泊船系缆的悬垂线方程．根据船舷导缆孔和码头系缆桩的相对位置迭代计算出缆绳张力及系缆拉伸变形．并简要分析了不同出缆长度情况下,船舶运动对缆绳张力的影响．模拟计算表明,长的、弹性好的、单位长度重量大的系船缆更有利于缓冲外力、吸收船舶动能,而短的弹性差的系船缆不利于发挥其作用．     

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     

开敞式码头汨位长度优化试验研究

通过系泊船舶物理模型试验,在不同泊位长度和带缆方式下,针对目前世界上最大的26.6×104m3液化天然气运输,船进行了多种环境荷载作用下缆绳张力及船舶运动量的研究.以减小系泊船舶运动量和均化各缆力为优化目标,对开敞式码头泊位的不同长度方案及LNG船舶系靠泊状态时的运动量和系缆力进行了分析,提出了泊位长度的优化方案,为码...     

基于聚类分析及灰色关联度的船舶系缆力影响因素分析

为研究风、浪、流、涌以及船舶装载状态等因素对码头系泊船舶缆绳受力影响的相对大小及线性关联程度,基于水动力计算软件AQWA计算获得400组不同影响因素组合下的缆绳受力数据,运用机器学习中常用的无监督学习算法k-means++算法以及灰色关联分析方法,分析缆绳受力与影响因素的内在联系.根据分析结果,获得了各因素对不同位置缆绳受力影响的相对大小及线性关联程度.该方法可用于优化系泊缆绳的布置方案.     

船坞牵引(定位)小车-缆绳-船舶系统动力响应分析

船坞引船系统作为船坞的重要组成部分,其性能直接关系到船舶能够安全进出船坞。基于MMG模型理论,构建了船坞牵引(定位)小车-缆绳-船舶系统的动力学方程。通过数值计算,模拟了船舶在不利海况条件下进坞运动过程的动态响应,以及缆绳张力的变化情况。重点研究探讨了牵引缆绳长度、牵引绞车启动加速时间以及牵引速度等因素对牵引缆绳受力的影响。仿真结果表明,牵引缆绳张力作为船坞引船系统的主要外载荷,一方面为船舶进坞运动提供动力;另一方面为限制船舶横向位移提供主要作用。适当加长缆绳长度、延长绞车启动加速时间以及降低绞车牵引速度,可显著改善引船系统所受载荷情况。     

码头系泊监控系统的可视化设计方案

本文在分析国外码头系泊监控的研究与应用基础上,提出一种新的系泊监控设计方案。利用无线通信方式,传输现场缆绳张力、护舷压缩量等测量数据,中心控制室接收到数据后图形化动态显示船舶系泊状态,同时将数据存入数据库,实现码头系泊的分散控制与数据信息的集中管理。这种以计算机为核心的码头系泊可视化监控方案,可以降低断缆事故发生的概率,提高系泊的安全性和工作效率。     

系泊船舶在横浪作用下的泊稳条件和撞击能的计算

本文应用运动微分方程式求解系泊船舶的运动量,计算结果表明,波浪周期是一个重要因素.系泊船舶的运动量不仅是系泊船舶的泊稳条件的标志,而且还可计算对系泊建筑物的撞击能.从这些计算结果中,可得到一些有意义的结论.我们认为:系泊船舶的运动量、泊稳条件及其撞击能是紧密相关的.     

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.     

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.     

基 于 悬 链 线 理 论 的 系 泊 系 统 势 能

为研究系泊系统在定位过程中的势能变化,使用悬链线公式,推导了3种常见系泊方式系缆的构形及张力分布.分析了下端点固定的单根锚泊线的重力势能和弹性势能随上端点位置的变化情况,对比了势能间接求导所得的水平张力与直接计算所得的水平张力,发现两者吻合良好,符合能量守恒定律,验证了势能计算结果的准确性.针对系泊系统由9根复合缆组成的深水平台,分析了其系泊系统势能随浮体水平位置的变化情况,比较了各浪向上的位移与回复力关系,发现其系泊性能在各个浪向上接近,对环境适应能力强.针对系泊系统破损的工况,计算得到了系泊系统势能分布图以及各浪向上的位移与回复力关系,发现使用势能分布法能全面有效地反映系泊系统的各个方向性能,具有重要的工程参考价值.     

张紧式系泊桁架式Spar平台纵荡-横荡-垂荡固有运动特性研究

针对深海桁架式Spar平台,考虑三点张紧式系泊定位,研究其纵荡、横荡和垂荡三个自由度的固有运动特性.考虑纤维缆索的材料非线性与几何非线性特性,对缆索力学平衡方程重新推导计算系泊缆索张力与位移的变化关系.采用准静态方法,建立考虑系泊作用的平台耦合系统纵荡、横荡和垂荡运动方程,数值求解平台固有运动特性,并讨论系泊条件对平台自振特性的影响.结果表明,在平台小幅运动下,系泊回复力与位移基本呈线性关系,但随着平台位移的增大,系泊回复力随位移变化开始表现出一定的非线性;系泊条件的改变将会改变平台水平运动的固有频率;系泊系统对垂荡运动的固有特性影响不大.     

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     

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．     

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.     

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。     

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。