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。     

基于动力定位系统的沙漏型浮体多自由度耦合运动分析

具有水动力性能优势的新概念沙漏型浮体,由于具有水线面面积和初稳性高较小等特性,其纵摇运动的固有频率与推进器纵向控制力的频率接近,导致浮体水平面和垂直面的运动产生耦合作用,从而引起较大的纵荡和纵摇运动响应.针对此问题,采用基于势流理论的边界元方法计算沙漏型浮体的波浪荷载和水动力参数.结合实际布置推进器产生的控制荷载,建立沙漏型浮体纵荡-垂荡-纵摇耦合运动方程.通过数值模拟和频率响应传递函数,重点讨论沙漏型浮体多自由度运动的相互影响以及推进器附加纵摇力矩引发的问题.最后,将纵摇阻尼和惯性力项加入纵荡控制力中,显著降低了纵荡和纵摇运动响应,很好地满足了定位精度的要求.     

波浪中柔性连接浮式栈桥运动响应分析

为了对浮式栈桥系统在波浪中的运动响应进行数值预报,基于SESAM软件计算分析了不同有义波高、不同谱峰周期下浮式栈桥的运动响应特性,给出了栈桥系泊缆绳及桥间连接缆绳的最大张力,并对其安全性进行了分析,指出了无法满足安全性要求的环境条件。结果表明,当谱峰周期为8s时,桥节纵荡、垂荡和纵摇运动响应幅值,桥节间相对纵荡、相对垂荡最大幅值均随有义波高的增加而增加;当有义波高为1.5m时,各桥节的纵荡及垂荡幅值随周期的增加而增加,纵摇幅值在10~14s周期达到最大;桥节间的相对纵荡及相对垂荡幅值在周期为12s时达到最大。综上所述,在进行浮式栈桥设计时应综合考虑有义波高与谱峰周期对其运动响应的影响,从而确保浮式栈桥的安全性。     

重心高度对浮式结构水动力性能的影响

 通常在计算模拟海上浮式风机平台运动时, 外部结构形式是影响水动力性能的主要因素, 而重心在水动力计算中的影响则被忽略.为了研究重心变化对结构物水动力响应的影响, 以5MW浮式风机平台作为研究对象, 通过数值模拟的方法, 分别对浮筒间距、撑杆形式以及有无垂荡板与重心高度变化结合加以分析研究.结果表明:改变浮筒间距时, 重心高度对水动力性能的影响主要体现在横、纵摇及横、纵荡方面, 且浮筒间距较大的基础形式达到峰值响应时的重心更低;斜撑的改变与其随重心变动得到的运动幅值规律一致, 且峰值响应之后的各响应幅值在数值上基本相同;垂荡板的添加有效降低了纵摇及垂荡幅值;对于三浮筒半潜式平台, 最佳重心位置为水下3~8m处.     

水深对超大型FPSO运动响应与波浪载荷的影响

使用挪威船级社(DNV)的SESAM程序系统计算了不同水深时超大型浮式生产储油系统(FPSO)的运动与波浪载荷传递函数,并对船舯弯矩进行了长期预报．结果表明,在波长船长比为0．1～1．0内,随着水深的变浅,垂荡、纵摇和横摇运动幅值减小,船舯弯矩幅值增大,而且水越浅,船舯弯矩值增大也越明显．     

受到耦合的纵荡和纵摇激励的水槽中粘性流体晃动的数值模拟（英文）

一种预估-校正有限差分方法被建立用来研究耦合的纵荡和纵摇激励对受到共振激励的水槽中粘性流体晃动的影响.通过已存在的解析解和数值解对数值模型进行了验证.可以看到流体的粘性会使自由面波产生非常明显的衰减.对于给定的雷诺数来说,如果水槽只是受到纵摇激励时,最大的晃动位移会随着激励振幅的增加而增加.但当水槽受到同时的纵荡和纵摇激励时,相应的自由面的振幅会变小且耦合的作用会改变自由面高度的时间历程曲线的形状.     

考虑气动阻尼的浮式风机频域响应分析

分析了气动阻尼对浮式风机频域响应的影响.选取美国可再生能源实验室(NREL)提出的5兆瓦(MW)浮式风机模型作为算例,利用气动阻尼计算方法建立气动阻尼矩阵,再基于三维势流理论计算浮式平台的水动力系数,并将系泊系统视为线性弹簧以考虑其刚度,最后在频域内分别建立并求解考虑与不考虑气动阻尼两种情况下的浮式风机刚体运动方程.利用求解频域方程得到的幅频响应算子(response amplitude operators,RAOs)及结合JONSWAP海浪谱得到的响应谱,在频域内分析了气动阻尼对浮式风机刚体运动的影响.结果表明:作业工况下气动阻尼能有效地降低纵荡和纵摇运动RAOs的峰值,且能在一定范围内减小对应自由度上响应谱的幅值和零阶矩.     

半潜式海上浮式风力机平台设计及水动力响应

 为了开发海上风能资源,探索浮式风力机平台响应特性,设计了一种半潜式海上浮式风力机平台样机。利用风压模型模拟风力机气动载荷,基于势流理论和Morison方程计算水动力载荷,并根据阻尼矩阵计算阻尼力和系泊线载荷,建立了海上浮式风力机运动响应数值模型。制作了1/50的试验模型,并在水池进行水动力实验,对垂荡板在设计中的作用进行了验证,测量了模型的固有周期、衰减系数以及规则波条件下的响应等,对比发现数值模型结果与实验结果吻合较好。在无风和额定工况下进行系统随机响应特性数值分析,通过统计数据和响应频谱研究了风力机气动载荷对风力机平台运动特性的影响。发现该系统数值模型时效性好并可以真实反映浮式风力机平台的运动特性,平台垂荡、纵摇、纵荡的响应结果满足海上浮式风力机系统对平台的性能要求。设计中加入垂荡板使平台垂荡和纵摇的固有周期和衰减系数增加,提高了系统的稳定性。风力机气动载荷对纵摇传递函数产生有益的抑制,但会放大纵摇和纵荡在共振区的响应。     

半潜式海上浮式风力机平台设计及水动力响应

为了开发海上风能资源,探索浮式风力机平台响应特性,设计了一种半潜式海上浮式风力机平台样机。利用风压模型模拟风力机气动载荷,基于势流理论和Morison方程计算水动力载荷,并根据阻尼矩阵计算阻尼力和系泊线载荷,建立了海上浮式风力机运动响应数值模型。制作了1/50的试验模型,并在水池进行水动力实验,对垂荡板在设计中的作用进行了验证,测量了模型的固有周期、衰减系数以及规则波条件下的响应等,对比发现数值模型结果与实验结果吻合较好。在无风和额定工况下进行系统随机响应特性数值分析,通过统计数据和响应频谱研究了风力机气动载荷对风力机平台运动特性的影响。发现该系统数值模型时效性好并可以真实反映浮式风力机平台的运动特性,平台垂荡、纵摇、纵荡的响应结果满足海上浮式风力机系统对平台的性能要求。设计中加入垂荡板使平台垂荡和纵摇的固有周期和衰减系数增加,提高了系统的稳定性。风力机气动载荷对纵摇传递函数产生有益的抑制,但会放大纵摇和纵荡在共振区的响应。     

浅水浮式生产储油轮运动固有周期特性

对浅水浮式生产储油轮(FPSO)的横摇、纵摇和垂荡固有周期进行了数值计算和模型试验研究．结果表明,在浅水中,随着水深的减小,FPSO运动固有周期增大,当水深与吃水比非常小时,固有周期增大的幅度愈加显著,水深的细微变化也会带来运动固有周期的明显变化．因此,在浅水FPSO的设计和研究中,关于运动固有周期参数的给定必须考虑水深的影响．     

锈蚀钢筋混凝土梁抗冲击荷载数值模拟研究

为研究冲击作用下锈蚀钢筋混凝土梁的力学性能与破坏模态,通过混凝土梁冲击试验,校核了有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立的钢筋混凝土梁结构精细化有限元模型的冲击力时程曲线、跨中位移时程曲线和破坏模态的准确性。在已验证有限元模型的基础上,研究钢筋锈蚀率对混凝土梁抗冲击性能的影响。有限元分析表明：混凝土构件在冲击作用下导致的混凝土剥落程度随钢筋锈蚀率的增加而增加。各冲击高度下的锈蚀钢筋混凝土梁均表现出弯曲破坏特征。钢筋锈蚀对钢筋混凝土构件的抗冲击性能具有一定的影响,在相同落锤冲击高度下,冲击力峰值随钢筋锈蚀率的增大逐渐减小,跨中位移随钢筋锈蚀率的增大而增大。当冲击高度为3.0 m时,锈蚀率为30.0%时的冲击力峰值降低到未锈蚀时的17.9%,跨中位移为增加到未锈蚀时的33.3%。     

MPS-DEM耦合方法的多段系泊浮体波浪响应分析

针对大型海上浮体平台常采用分段式结构以保证平台在海浪冲击下结构的稳定性,分段式结构使得浮体平台的水动力特性变复杂的问题,通过耦合移动粒子半隐式法(MPS)与离散单元法(DEM),在全拉格朗日框架下建立了二维造波水池模型。本文比较并修正了造波模型,提高了造波的准确度,并对消波模型进行了改进,改进后的计算量下降了12.1%;对含有不同数量子平台的分段浮体平台在规则波影响下的运动进行了数值模拟,探讨了分段浮体平台运动时子平台间的动态关系。研究结果表明,子平台位置靠近整体平台下游时,其垂荡和纵摇响应逐渐衰减,纵荡响应成为主导特征。大型分段浮体平台在设计时需注意减小前部子平台的垂荡和纵摇,并增加连接部件对尾部子平台的约束力,防止尾部子平台相互碰撞或脱离主浮体平台。     

箱-板组合浮式防波堤水动力性能试验研究

通过物理模型试验,开展规则波作用下箱-板组合浮式防波堤的水动力性能研究。将结构宽度与波长的相对宽度W/L作为参变量,分析了浮箱入水深度、底板与浮箱间距以及底板长度等因素对结构运动响应、两侧锚链系泊力以及透射系数等主要因素对结构水动力性的影响规律。试验结果表明:(1)增大浮箱入水深度,可以更好的减小模型运动响应;(2)增加底板与浮箱的间距,可以更好地减小锚链系泊力;(3)底板长度对垂荡运动幅值影响最大,而对横摇和纵摇影响较小;(4)两种情况下,都可以减小波浪的透射系数。     

桶形基础平台沉放过程数值模拟分析

平台在沉放过程中,受到复杂的一阶和二阶流体动力作用,为了深入了解沉放过程中平台的运动特性,首先建立了桶形基础平台沉放数值模型,然后通过格林函数法和平台湿表压力积分来计算一阶和二阶流体动力,并耦合求解平台和锚泊线运动方程,得到平台的运动响应.为了验证数值模拟计算的准确度,在上海交通大学海洋工程国家重点试验室进行了平台沉放模型试验,试验结果与数值模拟符合良好.数值模拟分析表明,平台在沉放过程中主要的运动为纵荡、横荡、纵摇和横摇,并且与来波方向有密切关系;二阶波浪力对纵荡和横荡有明显的作用;整个沉放过程中平台运动比较稳定,可以实现平台的自身压载沉底.     

T型浮式防波堤水动力特性的数值模拟研究

为提升浮式防波堤的消波性能,提出一种T型浮式防波堤.首先基于数值模拟方法,建立了波浪与T型浮式防波堤作用的数值模型,然后分析了波浪作用下T型浮式防波堤的吃水深度、腹板高度和浮箱宽度分别对透射系数、锚链受力及波压力分布影响,最后结果表明在相对宽度为0.48时,防波堤腹板高度为0.35m时的消波性能相对于无腹板可以提升76...     

海冰在波浪中纵向运动的试验研究

为了研究海冰与波浪的相互作用,以单块非冻结模型冰为基础,通过试验研究了独立海冰的纵向运动,并与斯托克斯漂移进行对比.结果显示:海冰的纵向运动包括纵向平移运动和纵摇运动,平移运动可以分解成纵向的漂移运动及纯粹的纵荡运动;海冰的厚度、波长及波陡都会在一定程度上影响海冰的纵向运动.通过计算发现斯托克斯漂移与试验测量值随波陡的变化规律是一致的.     

深V型艇与圆舭型艇的阻力和耐波性比较

对高速排水型艇深Ｖ型和贺舭型在相同主尺度情况下进行了对比研究．根据模型阻力试验结果知，深Ｖ型的静水阻力与圆舭型相比，其增加值均小于７％．特别是随着航速增大，两者的阻力差值趋减小．在规则波中迎浪情况下的耐波性试验表明，两种艇型的横摇、纵摇、垂向加速度和失速均有明显的差别．高速排水型艇如果采用深Ｖ型，可望获得良好的耐波性．     

合成射流流动与传热特征的数值模拟

采用RNGκ-ε模型和PISO算法,通过求解三维N-S方程,对腔体右侧振动膜片运动的二维合成射流流动与传热特征进行了数值模拟.模拟结果显示由于激励器在右侧振动膜片的作用下,合成射流产生的喷射气流在喷口中心右边速度稍大于左边速度,形成不对称射流流场;射流冲击壁面的速度峰值出现在中心区两侧,使得射流冲击换热的Nu数形成相应的峰值;随着合成射流冲击距离Z/do的增大,其对流换热系数出现先增大后减小的变化规律,当冲击距Z/do=20~30 mm时冷却效果较佳.     

冲击荷载作用下机场刚性道面动力响应与影响因素分析

机场刚性道面受飞机着陆冲击荷载的影响较大。为研究机场刚性道面在飞机着陆瞬态冲击荷载作用下的动力响应,基于主起落架单自由度振动系统,用半波正弦曲线模拟冲击荷载,采用有限元分析的方法研究了B737-800机型在粗暴着陆条件下机场道面的动力响应,并分析了道面板在不同冲击速度及不同道面结构参数下动力响应变化规律。结果表明:单自由度振动系统能很好的表征垂直速度与法向加速度的关系;道面板产生最大应力的临界荷位处于板纵缝中部;冲击荷载作用时间内道面弯沉影响深度持续增加,绝大部分由土基承担;循环冲击作用下,板底弯沉随冲击荷载作用次数的增加而增加,作用100次后增幅明显减小;板底弯沉与板底峰值应力均随垂直速度的增加而增加,相比面层模量,面层厚度对板底弯沉的影响显著,板底峰值应力随面层模量的增大而增大,但随面层厚度的增加呈先减小后增大趋势。     

考虑连接间隙磨损的水中浮体功能可靠性研究

针对缆系式水中浮体系泊缆和结构体连接间隙磨损所带来的系统功能可靠性问题,基于Archard黏着磨损计算方法及可靠度计算方法,建立了考虑连接部位理想铰接及连接间隙磨损的系统动力学模型。利用多尺度法及Newmark-β方法分别进行了动力学方程的求解和功能可靠度的求解。在此基础上研究了纵荡位移和纵摇角度的可靠性,结果表明,随着磨损量的增加,连接接触力分别达到了理想铰接值的12.0倍和5.5倍;当磨损量大于1.5 mm时,浮体横摇角度的均值和峰值都要大于理想铰接状态,可靠度急剧降低,当间隙值大于1.82 mm时,可靠度小于90%;考虑连接磨损情况下浮体纵荡位移的可靠度会出现一定程度的降低,总体来讲变化不大,其位移的可靠性可以满足。