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。     

大型系泊链五环长的视觉测量系统

为了测量大型三维复杂形状工件系泊链的五环长,研究了基于相机基线长度的测量方法,利用相机主点在成像过程中的特殊性,将五环长测量任务转化为分别测量相机的基线长度和五环的左右边缘相对于所在相机主点的水平距离;提出了链条边缘提取算法和五环长测量算法.实验表明,该系统能准确地提取链条边缘并且计算五环长,相对误差小于0.2%,满足使用要求.
     

大直径系泊钢缆轴向强度缩减值评估

针对六股钢缆和螺旋式钢缆提出海洋工程系泊钢缆轴向破断载荷计算的新方法.以钢缆结构为基础建立钢缆轴向强度计算的力学模型并进行简化处理.因钢缆断丝引起强度缩减且无法确定其断点的准确位置,为此考虑内部钢丝摩擦力并通过对钢缆的断丝分布进行概率计算及给出钢丝分布概率模型,提供钢缆轴向破断载荷缩减的计算及分析过程.突破了规范法计算轴向强度缩减时对钢缆类型的限制.通过大量计算各种钢丝绳破断载荷,将统计结果同API规范强度公式计算结果及设计值进行对比,结果显示该算法精度及稳定性较好.     

船舶系泊操纵仿真训练系统中缆绳可视化研究

针对在船舶系泊操纵训练系统的开发过程中,模拟柔性缆绳时存在的效率不高、逼真程度差等问题,提出了采用基于位置动力学(PBD)的方法来描述缆绳的运动情况.在PBD方法的距离约束和弯曲约束的基础上,提出使用长距离附着约束和引脚约束两种约束条件用于模拟缆绳的弯曲、拉伸等效果,改进了PBD方法中对缆绳的可视化模拟效果.长距离附着约束方法可以防止缆绳粒子的过度拉伸.引脚约束方法将两个粒子合并为一个粒子进行计算,以实现缆绳与琵琶头连接的模拟效果.采用考虑摩擦和黏性的连续碰撞检测约束方法,实现了缆绳与操纵仿真训练系统中其他物体的碰撞检测以及缆绳自身的碰撞检测.通过与牛顿法计算效率对比,改进的PBD方法效率更快,精度更高.     

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.     

高速湍流风下漂浮式风力机系泊失效动态响应研究

以Barge平台5 MW风力机为研究对象,基于叶素动量理论、势流理论及有限元法建立平台气动−水动−系泊动力学模型,考虑风浪同向入射的最恶劣情况下的系泊失效,此时漂浮式风力机承受风浪载荷最大,系泊最易因疲劳及冲击载荷发生失效,对比分析高速湍流风与稳态风作用下不同位置系泊失效前后平台动态响应及系泊张力。结果表明,迎风浪侧系泊失效对多个自由度响应有显著影响,背风浪侧系泊失效主要影响纵荡、纵摇和艏摇响应,在高速湍流风作用下,平台瞬态响应加剧,横荡方向的漂移距离增加,纵荡波动幅值提高,迎风浪侧系泊张力最大值及平均值明显增大,且越靠近迎风浪侧系泊平均张力越大。因此,出于安全性考虑,平台系泊设计应考虑高速湍流风的影响。     

水流影响下系泊系统设计的数学模型

通过对系泊系统的受力分析和力矩平衡,对水流影响下的系泊系统形态建立了差分方程组模型.并分别在水速为0 m/s、1.0 m/s且与风力成0°、45°、90°和180°的情况下,确定了210节链环的Ⅱ型锚链的形态.最后利用该模型解决了给定条件下,锚链型号、长度和重物球质量的选择和确定问题,即系泊系统设计问题.给出了在海水速度最大1.5 m/s,风速最大36 m/s,水深16~18 m下锚链型号、长度和重物球质量的最优解.     

基于悬链线理论对系泊系统的优化设计

针对系泊系统设计,对不同海况条件下锚链、钢桶及钢管和浮标进行受力分析,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。     

下期发表论文摘要预报

灾害性海洋环境下深水立管结构可靠性研究陈昌松,薛鸿祥,唐文勇,胡志强(上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海200240)针对南海深水海域可能出现的灾害性海况条件,基于先进的深海浮式平台系统时域耦合分析和立管结构有限元动力响应计算的结果,采用广义极值理论,通过对非线性随机动力响应结果的数值拟合,研究了灾害环境下     

葛洲坝船闸浮门浮式系泊装置方案研究

在原葛洲坝2号船闸上游导航墩上增设浮式系泊装置,涉及到工程选址、结构方案、施工围护、水下施工等诸多问题,尤其是在不影响正常通航情况下,如何以最经济、安全可靠的方式进行工程施工是本项目的核心问题.研究结果表明采用围护结构与模板结构、受力结构三者合一的钢筒体系,是降低水下施工难度与解决上述问题的有效途径,在同类工程项目中属首创,可供其他同类项目借鉴.