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。     

Chebyshev多项式在锚链分析中的应用

依据水流作用下锚链的数值分析模型，提出了应用Chebyshev多项式拟合建立锚链张力与锚链顶端位置函数关系的近似方法，该锚链函数多项式可方便地用于波浪与锚泊结构物相互作用的实时模拟中。计算中按静水和有流两种情况，应用二维和三维Chebyshev多项式，建立了锚链顶端水平和垂向拉力与锚链顶端水平、垂向位置，及水流速度的函数关系。锚链分析模型采用分段外推－校正方法计算，在无流、均质锚链情况下，计算结果与解析解完全吻合。     

半潜式钻井平台锚泊系统静力分析

本文应用悬链线理论分析了锚链单链特性,给出了单链链端位移非线性刚度系数和锚链系统组合刚度特性,并在此基础上建立了平台锚泊系统静力问题的数值解。文中还以我国“南海二号”半潜式平台为例进行了锚泊系统的静力分析。     

任意形状隧道围岩应力与位移的解析延拓求解

考虑隧道断面开挖轮廓线为任意不规则形状的情况,基于复变函数方法中的解析延拓法对弹性半无限空间内隧道的围岩应力与位移进行求解,建立了任意形状隧道围岩中任意一点处的应力值和位移值的隐式解析表达式。然后以圆形断面隧道作为特例,同时考虑隧道衬砌等内支撑法向反力作用的影响,求解出弹性半空间内任意一点处的应力值和位移值解析解的具体显式表达式,其中假设隧道埋深与隧道直径之比较大,从而不用考虑重力梯度的影响,将重力简化为作用在边界上的均布外荷载。最后与已有的非均匀受压圆断面水平巷道围岩的应力和位移解公式进行对比,证明了该方法的准确性。该求解方法拓展了解析延拓法的应用,并能快捷地评估任意断面形状隧道开挖中的围岩应力状态及位移变形情况。     

非径向对称带状载荷作用下有限长圆柱体的应力和位移解

从微元体弹性力学基本方程组出发,求解有限长圆柱体在非径向对称面载荷、切向载荷和扭转载荷共同作用下任意点的应力和位移。采用分离变量法、有限Hankel变换和Fourier-Bessel级数,求得两个位移函数;将由位移函数表示的应力和位移通解代入边界条件中,求出应力和位移表达式中的未知常数。将应力和位移解析式应用于四辊轧机工作辊,得到其应力和位移沿轴向的分布情况,并对应力和位移曲线进行了分析。     

三维波形复合夹层体系半解析法有限单元分析

将有限单元半解析法用于求解三维填充式波形空间结构。构造了结构受弯窄条的反力矩阵。根据有限单元半解析法将位移场表示成两个方向位移的组合：一个方向以函数形式给定位移形状;另一方向为求解有限单元法的代数方程组。最后通过算例验证表明：有限单元半解析法对于求解空间填充式结构非线性问题具有精度高,收敛快,易于计算机编程的优点。     

锚泊时锚链的振动频率与质量关系实验研究

锚链振动频率检测技术是为解决舰船走锚预警问题而研究的。利用模拟实验装置,初步研究锚链质量对锚泊时锚链振动频率的影响,对质量为155 g、325 g和475 g的锚链进行振动频率的对比实验。结果表明:在锚泊环境相同的情况下,锚链质量会明显影响锚链的振动频率;锚链越重,其振动频率越大,振动频率平均极大值与平均频率的比值、最小极大值与平均频率的比值越小,两个比值均可结合舰船实际情况进行适当调整作为走锚预警的频率阈值。结论可为基于锚链振动频率变化的舰船走锚预警技术深入研究提供参考依据。     

单桩轴向荷载-沉降曲线广义剪切位移解析算法

用线性弹性和塑性线性强化模型模拟桩周土的剪应力与剪应变非线性关系,将弹性阶段的剪切位移法推广到塑性阶段,得到了广义剪切位移理论,建立了桩土间耦合力学模型;利用此理论,分别对桩周土处于弹性、半塑性和全塑性3个不同阶段进行分析,推导出了不同边界条件下桩的荷载-沉降曲线的解析表达式以及统一解析式,对实际桩基进行了计算.研究结果表明:该方法能模拟工程中的复杂情况,从而能够解决复杂桩周边界条件下的桩基承载力与沉降问题,计算结果与实测结果最大误差为7.8%,平均误差为6%;由于考虑了桩土之间的连续性,利用该单桩承载力-沉降解析表达式能够求解桩土共同作用地基桩的承载力与沉降位移.     

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.     

自动武器凸轮传动分析的数值法

本文对自动武器凸轮机构工作时的分析计算提供一种数值方法。主要研究和确定了若干典型凸轮机构工作构件位移与基础构件位移的解析函数式,重新推导了相应的传速比和传动效率。它为编制通用计算程序提供了理论依据。     

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.     

风浪冲击下锚泊渔船的锚链动力负荷

对渔船锚泊时的锚链动力负荷问题进行了分析．在考虑风、浪、流影响的基础上,建立了锚链动力变形方程,着重分析了二阶波浪力导致的相当高的系泊张力．针对钢丝绳及有档电焊锚链,分别计算了其在特定海况下的最大拉力,为工程设计提供了一定的理论基础．     

海上风电机组DeepCWind平台系泊缆布置及断裂仿真分析

以NREL 5 MW风电机组和OC4-DeepCWind半潜式浮式平台为研究对象,运用ANSYS/AQWA水动力分析软件和OPENFAST仿真分析软件进行风电机组气动、水动和系泊系统的时域耦合运动分析,研究不同系泊缆数量、角度布置形式及系泊缆断裂等因素对浮式风电机组动态响应和系泊缆张力的影响。结果表明：增大系泊缆的布置角度可提高浮式风电机组平台的稳定性,但同时增大了系泊缆张力,导致安全系数降低;迎浪侧系泊缆断裂瞬态情况下,浮式平台产生明显的运动响应波动,系泊缆布置角度的增大使浮式平台的稳定性急剧降低。     

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。     

截断系泊系统不同恢复力矩特性对于深水半潜式平台摇摆运动的影响

以工作在1.5km水深的半潜式平台为例,在截断水深模型实验中,设计5套符合水平及垂向回复力、最大单根缆受力特性相似的截断系泊系统,使之具有不同的力矩特性曲线.通过时域耦合计算,比较在这些截断系泊系统下平台的摇荡运动的差异,并与实验结果对比分析.结果表明,水深截断系泊系统的力矩特性是否相似对半潜式平台摇荡运动有一定影响,平台的水平偏移越大时影响越显著.说明在截断系泊系统设计中,保持与全水深系统一致的力矩相似特性的必要性.     

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。     

带垂度水平索-桥耦合面内参数振动

考虑拉索垂度,建立了水平索-桥系统的面内参数振动运动方程.采用分离变量法描述拉索的横向位移,并取拉索的前两阶模态,用Galerkin方法得到拉索二阶广义坐标运动方程;同时,建立桥面等效质量块的运动微分方程.在此基础上,采用多尺度方法,导出了运动方程的理论解.以南京长江二桥A20拉索为研究对象对拉索响应进行了数值求解,分析了主要参数对拉索响应的影响,并对理论解进行了验证.     

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     

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.