有限深水域中浮体水动力系数的渐近特性

讨论了有限深水域中浮体振荡频率ｗ→０和ｗ→∞时附加质量和阻尼系数的渐近特性。分别就垂荡和横荡两种情况给出了水动力系数的近似估算公式，并对研究过程中遇到的有关流场奇异性问题进行了讨论。     

有限深水域中浮体水动力系数的渐近特性

讨论了有限深水域中浮体振荡频率ω→０和ω→∞时附加质量和阻尼系数的渐近特性。分别就垂荡和横荡两种情况给出了水动力系数的近似估算公式，并对研究过程中遇到的有关流场奇异性问题进行了讨论。     

基于移动脉动源格林函数的小水线面双体船耐波性频域计算

基于三维移动脉动(3DTP)源格林函数,针对安装稳定鳍的小水线面双体船(SWATH),计入两片体之间的水动力干扰、黏性和稳定鳍的影响,建立了SWATH耐波性频域计算方法.通过与SWATH试验模型(SWATH-M)的试验结果对比,验证了计算方法的可靠性,进而研究了航速对SWATH-M耐波性的影响,并分析了黏性和稳定鳍对SWATH-M整船所受水动力的贡献.结果表明,基于3DTP的船体运动计算结果与试验结果吻合良好.船体的运动响应算子随波长变化呈现出双极值.随着航速提高,短波共振区附近的运动响应算子极值增大,而长波共振区附近的运动响应算子极值降低.黏性和稳定鳍对阻尼系数的影响主要体现在垂荡-垂荡阻尼系数和纵摇-纵摇阻尼系数上,对波浪干扰力的影响主要体现在垂荡力虚部和纵摇力矩实部.     

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。     

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.     

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。     

沉箱上单浮体流体动力学问题的解析方法

在有限常水深、同轴同半径圆柱体沉箱条件下，基于特征函数展开法，推导了垂直放置的圆柱形浮体在水波作用下所受到流体作用力表达式．涉及了浮体做垂荡、纵荡和纵摇运动相关联的辐射势，以及在入射波的作用下由于浮体固定不动而相关联的绕射势．还推导了激励力、附加质量和阻尼系数表达式，采用同平底单浮体运动条件相比和激励力计算的两种方法的方式验证了推导的表达式．最后分析了沉箱高度对浮体运动的特有影响，在算例范围内沉箱的高度对垂荡、纵摇运动的影响较大，对纵荡运动的影响较小．     

板状结构上的流体附加质量、附加刚度和附加阻尼系数

研究刚性矩形框内板状结构的流固耦合影响。基于粘性流理论推导出多层叠层板状结构和刚性矩形框内的流体动压近似理论解析表达式。得到系统的附加质量系数、附加刚度系数和附加阻尼系数。结果表明流体的耦合系数与板间距相关：附加质量系数与板间距的大小成正比;附加刚度和附加阻尼系数与板间距的立方成反比。     

深海几何形单柱式平台的运动分析

基于三维源法和Pinkster近场法分析了几何形单柱式平台(Geometric Spar)的运动特性,计算了其在不同频率下的水动力系数、一阶波浪干扰力(力矩)和二阶波浪慢漂力(力矩)以及一阶运动响应,平台上加装的垂荡板根据Morison公式计算.将理论得到的纵荡、垂荡和纵摇运动的一阶运动响应函数、运动谱以及统计值与相应的试验结果进行了比较,试验中浪向角180°,波浪采用西非的极限波浪.结果表明:理论值与试验结果符合较好;几何形单柱式平台纵摇运动的低频分量不可忽略;平台八角形的截面形状加上垂荡板使得这种柱型平台在深海开采中具有一定的优势.     

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.     

垂荡板水动力的数值模拟

将计算垂荡板的水动力问题简化为二维竖直平板的绕流问题，计算了在各种来流情况下垂荡板的受力，给出了在计算模型下流场后尾涡片的发展图景。与试验结果对比后发现，尽管计算模型和试验时的三维模型差距很大，但只需要调整计算条件，计算结果与试验结果即可较好地吻合。这表明，在类似的情况下对于不同形状的平板，存在可以简化到二维的可能。     

垂直导桩锚固方箱-水平板式浮堤消浪性能试验研究

提出了垂直导桩锚固方箱-水平板式浮堤,通过实验室物理模型试验研究了规则波作用下浮堤模型的消浪性能和升沉运动响应.探讨了相对宽度、水平板层数、水平板与方箱间距等几何参数对浮堤消浪性能与浮堤升沉运动的影响及消浪性能与浮堤升沉运动的相关性.试验结果表明提出的方箱-水平板式浮堤的消浪性能好于单一方箱,在B/L(模型宽度与波长比)为0.2时,其透射系数比方箱模型透射系数减小约0.2,升沉高度比方箱模型升沉高度减小0.3倍入射波高.通过对透射系数的主要影响因素进行多元回归分析得到了透射系数的拟合公式.     

扰动频率对动压气体轴承动态刚度和阻尼系数的影响

采用偏导数法求解动压气体润滑Reynolds方程，给出了动压气体轴承动态刚度和阻尼系数普遍适用的计算方法．进行了有限元数值仿真，计算了动压气体轴承的动态刚度和阻尼系数，并重点研究了扰动频率对这些系数的影响．计算结果表明，动压气体轴承的动态刚度系数随着扰动频率的增大而增大，动态阻尼系数随着扰动频率的增大而减小．从理论上解释了动压气体轴承的动态刚度和阻尼系数与扰动频率的密切相关性．     

浮式结构物附加重量与附加阻尼的仿真和识别

浮式结构物可以简化为由弹簧-质量-阻尼组成的模型。首先,使用数字滤波器对其简化出模型进行仿真。其次,在简化模型的基础上对浮式结构物垂荡方向的附加重量和附加阻尼进行识别。最后,为验证该方法的正确性,以一个漂浮的垂直圆柱体为例子,进行计算分析。分别对实际的附加重量和附加阻尼与识别得到的附加重量和附加阻尼进行比较,结果显示吻合性较好,从而证明了本文所提出的方法的正确性。     

高墩大跨刚构桥施工阶段的抗风分析

采用离散涡(DVM)及风洞测力方法,确定主梁静气动力系数.采用抖振时域方法,计算最大双悬臂状态时的抖振响应,与风洞试验结果进行对比分析,计算中阻尼系数由气弹模型实测阻尼比确定;由于气弹模型设计中阻尼比相似不能够实现,故修正计算结果,探讨阻尼比对抖振响应的影响;最后采用两种抗风分析方法——阵风系数法和抖振时域分析法,分别对结构进行分析计算.实例分析的计算结果表明,按阵风系数法得到的横桥向响应偏于保守.